mm: prevent potential recursive reclaim due to clearing PF_MEMALLOC
[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 static int move_freepages(struct zone *zone,
1836                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1837                           int migratetype, int *num_movable)
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         if (num_movable)
1855                 *num_movable = 0;
1856
1857         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1858                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1859                         page++;
1860                         continue;
1861                 }
1862
1863                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1864                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1865
1866                 if (!PageBuddy(page)) {
1867                         /*
1868                          * We assume that pages that could be isolated for
1869                          * migration are movable. But we don't actually try
1870                          * isolating, as that would be expensive.
1871                          */
1872                         if (num_movable &&
1873                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1874                                 (*num_movable)++;
1875
1876                         page++;
1877                         continue;
1878                 }
1879
1880                 order = page_order(page);
1881                 list_move(&page->lru,
1882                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1883                 page += 1 << order;
1884                 pages_moved += 1 << order;
1885         }
1886
1887         return pages_moved;
1888 }
1889
1890 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1891                                 int migratetype, int *num_movable)
1892 {
1893         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1894         struct page *start_page, *end_page;
1895
1896         start_pfn = page_to_pfn(page);
1897         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1898         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1899         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1900         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1901
1902         /* Do not cross zone boundaries */
1903         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1904                 start_page = page;
1905         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1906                 return 0;
1907
1908         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
1909                                                                 num_movable);
1910 }
1911
1912 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1913                                         int start_order, int migratetype)
1914 {
1915         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1916
1917         while (nr_pageblocks--) {
1918                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1919                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1920         }
1921 }
1922
1923 /*
1924  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1925  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1926  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1927  *
1928  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1929  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1930  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1931  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1932  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1933  * pageblocks.
1934  */
1935 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1936 {
1937         /*
1938          * Leaving this order check is intended, although there is
1939          * relaxed order check in next check. The reason is that
1940          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1941          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1942          * so could be changed anytime.
1943          */
1944         if (order >= pageblock_order)
1945                 return true;
1946
1947         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1948                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1949                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1950                 page_group_by_mobility_disabled)
1951                 return true;
1952
1953         return false;
1954 }
1955
1956 /*
1957  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1958  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1959  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1960  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1961  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1962  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1963  */
1964 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1965                                         int start_type, bool whole_block)
1966 {
1967         unsigned int current_order = page_order(page);
1968         struct free_area *area;
1969         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1970         int old_block_type;
1971
1972         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1973
1974         /*
1975          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1976          * highatomic accounting.
1977          */
1978         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1979                 goto single_page;
1980
1981         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1982         if (current_order >= pageblock_order) {
1983                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1984                 goto single_page;
1985         }
1986
1987         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1988         if (!whole_block)
1989                 goto single_page;
1990
1991         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1992                                                 &movable_pages);
1993         /*
1994          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1995          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1996          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1997          */
1998         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1999                 alike_pages = movable_pages;
2000         } else {
2001                 /*
2002                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2003                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2004                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2005                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2006                  * exact migratetype of non-movable pages.
2007                  */
2008                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2009                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2010                                                 - (free_pages + movable_pages);
2011                 else
2012                         alike_pages = 0;
2013         }
2014
2015         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2016         if (!free_pages)
2017                 goto single_page;
2018
2019         /*
2020          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2021          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2022          */
2023         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2024                         page_group_by_mobility_disabled)
2025                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2026
2027         return;
2028
2029 single_page:
2030         area = &zone->free_area[current_order];
2031         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2032 }
2033
2034 /*
2035  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2036  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2037  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2038  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2039  */
2040 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2041                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2042 {
2043         int i;
2044         int fallback_mt;
2045
2046         if (area->nr_free == 0)
2047                 return -1;
2048
2049         *can_steal = false;
2050         for (i = 0;; i++) {
2051                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2052                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2053                         break;
2054
2055                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2056                         continue;
2057
2058                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2059                         *can_steal = true;
2060
2061                 if (!only_stealable)
2062                         return fallback_mt;
2063
2064                 if (*can_steal)
2065                         return fallback_mt;
2066         }
2067
2068         return -1;
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2073  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2074  */
2075 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2076                                 unsigned int alloc_order)
2077 {
2078         int mt;
2079         unsigned long max_managed, flags;
2080
2081         /*
2082          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2083          * Check is race-prone but harmless.
2084          */
2085         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2086         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2087                 return;
2088
2089         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2090
2091         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2092         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2093                 goto out_unlock;
2094
2095         /* Yoink! */
2096         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2097         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2098             && !is_migrate_cma(mt)) {
2099                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2100                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2101                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2102         }
2103
2104 out_unlock:
2105         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2110  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2111  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2112  * to recover from than an OOM.
2113  *
2114  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2115  * pageblock is exhausted.
2116  */
2117 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2118                                                 bool force)
2119 {
2120         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2121         unsigned long flags;
2122         struct zoneref *z;
2123         struct zone *zone;
2124         struct page *page;
2125         int order;
2126         bool ret;
2127
2128         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2129                                                                 ac->nodemask) {
2130                 /*
2131                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2132                  * is really high.
2133                  */
2134                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2135                                         pageblock_nr_pages)
2136                         continue;
2137
2138                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2139                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2140                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2141
2142                         page = list_first_entry_or_null(
2143                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2144                                         struct page, lru);
2145                         if (!page)
2146                                 continue;
2147
2148                         /*
2149                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2150                          * we can counter several free pages in a pageblock
2151                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2152                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2153                          * adjust the count once.
2154                          */
2155                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2156                                 /*
2157                                  * It should never happen but changes to
2158                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2159                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2160                                  * while unreserving so be safe and watch for
2161                                  * underflows.
2162                                  */
2163                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2164                                                 pageblock_nr_pages,
2165                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2166                         }
2167
2168                         /*
2169                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2170                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2171                          * is doing the work and needs the pages. More
2172                          * importantly, if the block was always converted to
2173                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2174                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2175                          * may increase.
2176                          */
2177                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2178                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2179                                                                         NULL);
2180                         if (ret) {
2181                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2182                                 return ret;
2183                         }
2184                 }
2185                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2186         }
2187
2188         return false;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2193  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2194  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2195  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2196  */
2197 static inline bool
2198 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2199 {
2200         struct free_area *area;
2201         unsigned int current_order;
2202         struct page *page;
2203         int fallback_mt;
2204         bool can_steal;
2205
2206         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2207         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2208                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2209                                 --current_order) {
2210                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2211                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2212                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2213                 if (fallback_mt == -1)
2214                         continue;
2215
2216                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2217                                                 struct page, lru);
2218
2219                 steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype,
2220                                                                 can_steal);
2221
2222                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2223                         start_migratetype, fallback_mt);
2224
2225                 return true;
2226         }
2227
2228         return false;
2229 }
2230
2231 /*
2232  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2233  * Call me with the zone->lock already held.
2234  */
2235 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2236                                 int migratetype)
2237 {
2238         struct page *page;
2239
2240 retry:
2241         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2242         if (unlikely(!page)) {
2243                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2244                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2245
2246                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2247                         goto retry;
2248         }
2249
2250         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2251         return page;
2252 }
2253
2254 /*
2255  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2256  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2257  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2258  */
2259 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2260                         unsigned long count, struct list_head *list,
2261                         int migratetype, bool cold)
2262 {
2263         int i, alloced = 0;
2264
2265         spin_lock(&zone->lock);
2266         for (i = 0; i < count; ++i) {
2267                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2268                 if (unlikely(page == NULL))
2269                         break;
2270
2271                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2272                         continue;
2273
2274                 /*
2275                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2276                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2277                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2278                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2279                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2280                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2281                  * properly.
2282                  */
2283                 if (likely(!cold))
2284                         list_add(&page->lru, list);
2285                 else
2286                         list_add_tail(&page->lru, list);
2287                 list = &page->lru;
2288                 alloced++;
2289                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2290                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2291                                               -(1 << order));
2292         }
2293
2294         /*
2295          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2296          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2297          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2298          * pages added to the pcp list.
2299          */
2300         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2301         spin_unlock(&zone->lock);
2302         return alloced;
2303 }
2304
2305 #ifdef CONFIG_NUMA
2306 /*
2307  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2308  * currently executing processor on remote nodes after they have
2309  * expired.
2310  *
2311  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2312  * a single processor.
2313  */
2314 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2315 {
2316         unsigned long flags;
2317         int to_drain, batch;
2318
2319         local_irq_save(flags);
2320         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2321         to_drain = min(pcp->count, batch);
2322         if (to_drain > 0) {
2323                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2324                 pcp->count -= to_drain;
2325         }
2326         local_irq_restore(flags);
2327 }
2328 #endif
2329
2330 /*
2331  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2332  *
2333  * The processor must either be the current processor and the
2334  * thread pinned to the current processor or a processor that
2335  * is not online.
2336  */
2337 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2338 {
2339         unsigned long flags;
2340         struct per_cpu_pageset *pset;
2341         struct per_cpu_pages *pcp;
2342
2343         local_irq_save(flags);
2344         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2345
2346         pcp = &pset->pcp;
2347         if (pcp->count) {
2348                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2349                 pcp->count = 0;
2350         }
2351         local_irq_restore(flags);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2356  *
2357  * The processor must either be the current processor and the
2358  * thread pinned to the current processor or a processor that
2359  * is not online.
2360  */
2361 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2362 {
2363         struct zone *zone;
2364
2365         for_each_populated_zone(zone) {
2366                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2367         }
2368 }
2369
2370 /*
2371  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2372  *
2373  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2374  * the single zone's pages.
2375  */
2376 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2377 {
2378         int cpu = smp_processor_id();
2379
2380         if (zone)
2381                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2382         else
2383                 drain_pages(cpu);
2384 }
2385
2386 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2387 {
2388         /*
2389          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2390          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2391          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2392          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2393          * a different one.
2394          */
2395         preempt_disable();
2396         drain_local_pages(NULL);
2397         preempt_enable();
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2402  *
2403  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2404  *
2405  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2406  */
2407 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2408 {
2409         int cpu;
2410
2411         /*
2412          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2413          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2414          */
2415         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2416
2417         /*
2418          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2419          * initialized.
2420          */
2421         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2422                 return;
2423
2424         /* Workqueues cannot recurse */
2425         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2426                 return;
2427
2428         /*
2429          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2430          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2431          * the drain to be complete when the call returns.
2432          */
2433         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2434                 if (!zone)
2435                         return;
2436                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2437         }
2438
2439         /*
2440          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2441          * as offline notification will cause the notified
2442          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2443          * disables preemption as part of its processing
2444          */
2445         for_each_online_cpu(cpu) {
2446                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2447                 struct zone *z;
2448                 bool has_pcps = false;
2449
2450                 if (zone) {
2451                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2452                         if (pcp->pcp.count)
2453                                 has_pcps = true;
2454                 } else {
2455                         for_each_populated_zone(z) {
2456                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2457                                 if (pcp->pcp.count) {
2458                                         has_pcps = true;
2459                                         break;
2460                                 }
2461                         }
2462                 }
2463
2464                 if (has_pcps)
2465                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2466                 else
2467                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2468         }
2469
2470         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2471                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2472                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2473                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2474         }
2475         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2476                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2477
2478         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2479 }
2480
2481 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2482
2483 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2484 {
2485         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2486         unsigned long flags;
2487         unsigned int order, t;
2488         struct page *page;
2489
2490         if (zone_is_empty(zone))
2491                 return;
2492
2493         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2494
2495         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2496         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2497                 if (pfn_valid(pfn)) {
2498                         page = pfn_to_page(pfn);
2499
2500                         if (page_zone(page) != zone)
2501                                 continue;
2502
2503                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2504                                 swsusp_unset_page_free(page);
2505                 }
2506
2507         for_each_migratetype_order(order, t) {
2508                 list_for_each_entry(page,
2509                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2510                         unsigned long i;
2511
2512                         pfn = page_to_pfn(page);
2513                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2514                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2515                 }
2516         }
2517         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2518 }
2519 #endif /* CONFIG_PM */
2520
2521 /*
2522  * Free a 0-order page
2523  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2524  */
2525 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2526 {
2527         struct zone *zone = page_zone(page);
2528         struct per_cpu_pages *pcp;
2529         unsigned long flags;
2530         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2531         int migratetype;
2532
2533         if (!free_pcp_prepare(page))
2534                 return;
2535
2536         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2537         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2538         local_irq_save(flags);
2539         __count_vm_event(PGFREE);
2540
2541         /*
2542          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2543          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2544          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2545          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2546          * excessively into the page allocator
2547          */
2548         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2549                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2550                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2551                         goto out;
2552                 }
2553                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2554         }
2555
2556         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2557         if (!cold)
2558                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2559         else
2560                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2561         pcp->count++;
2562         if (pcp->count >= pcp->high) {
2563                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2564                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2565                 pcp->count -= batch;
2566         }
2567
2568 out:
2569         local_irq_restore(flags);
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Free a list of 0-order pages
2574  */
2575 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2576 {
2577         struct page *page, *next;
2578
2579         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2580                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2581                 free_hot_cold_page(page, cold);
2582         }
2583 }
2584
2585 /*
2586  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2587  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2588  * Each sub-page must be freed individually.
2589  *
2590  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2591  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2592  */
2593 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2594 {
2595         int i;
2596
2597         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2598         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2599
2600 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2601         /*
2602          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2603          * otherwise free the whole shadow.
2604          */
2605         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2606                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2607 #endif
2608
2609         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2610                 set_page_refcounted(page + i);
2611         split_page_owner(page, order);
2612 }
2613 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2614
2615 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2616 {
2617         unsigned long watermark;
2618         struct zone *zone;
2619         int mt;
2620
2621         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2622
2623         zone = page_zone(page);
2624         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2625
2626         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2627                 /*
2628                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2629                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2630                  * watermark, because we already know our high-order page
2631                  * exists.
2632                  */
2633                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2634                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2635                         return 0;
2636
2637                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2638         }
2639
2640         /* Remove page from free list */
2641         list_del(&page->lru);
2642         zone->free_area[order].nr_free--;
2643         rmv_page_order(page);
2644
2645         /*
2646          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2647          * pageblock
2648          */
2649         if (order >= pageblock_order - 1) {
2650                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2651                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2652                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2653                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2654                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2655                                 set_pageblock_migratetype(page,
2656                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2657                 }
2658         }
2659
2660
2661         return 1UL << order;
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Update NUMA hit/miss statistics
2666  *
2667  * Must be called with interrupts disabled.
2668  */
2669 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2670 {
2671 #ifdef CONFIG_NUMA
2672         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2673
2674         if (z->node != numa_node_id())
2675                 local_stat = NUMA_OTHER;
2676
2677         if (z->node == preferred_zone->node)
2678                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2679         else {
2680                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2681                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2682         }
2683         __inc_zone_state(z, local_stat);
2684 #endif
2685 }
2686
2687 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2688 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2689                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2690                         struct list_head *list)
2691 {
2692         struct page *page;
2693
2694         do {
2695                 if (list_empty(list)) {
2696                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2697                                         pcp->batch, list,
2698                                         migratetype, cold);
2699                         if (unlikely(list_empty(list)))
2700                                 return NULL;
2701                 }
2702
2703                 if (cold)
2704                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2705                 else
2706                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2707
2708                 list_del(&page->lru);
2709                 pcp->count--;
2710         } while (check_new_pcp(page));
2711
2712         return page;
2713 }
2714
2715 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2716 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2717                         struct zone *zone, unsigned int order,
2718                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2719 {
2720         struct per_cpu_pages *pcp;
2721         struct list_head *list;
2722         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2723         struct page *page;
2724         unsigned long flags;
2725
2726         local_irq_save(flags);
2727         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2728         list = &pcp->lists[migratetype];
2729         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2730         if (page) {
2731                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2732                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2733         }
2734         local_irq_restore(flags);
2735         return page;
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2740  */
2741 static inline
2742 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2743                         struct zone *zone, unsigned int order,
2744                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2745                         int migratetype)
2746 {
2747         unsigned long flags;
2748         struct page *page;
2749
2750         if (likely(order == 0)) {
2751                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2752                                 gfp_flags, migratetype);
2753                 goto out;
2754         }
2755
2756         /*
2757          * We most definitely don't want callers attempting to
2758          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2759          */
2760         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2761         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2762
2763         do {
2764                 page = NULL;
2765                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2766                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2767                         if (page)
2768                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2769                 }
2770                 if (!page)
2771                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2772         } while (page && check_new_pages(page, order));
2773         spin_unlock(&zone->lock);
2774         if (!page)
2775                 goto failed;
2776         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2777                                   get_pcppage_migratetype(page));
2778
2779         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2780         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2781         local_irq_restore(flags);
2782
2783 out:
2784         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2785         return page;
2786
2787 failed:
2788         local_irq_restore(flags);
2789         return NULL;
2790 }
2791
2792 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2793
2794 static struct {
2795         struct fault_attr attr;
2796
2797         bool ignore_gfp_highmem;
2798         bool ignore_gfp_reclaim;
2799         u32 min_order;
2800 } fail_page_alloc = {
2801         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2802         .ignore_gfp_reclaim = true,
2803         .ignore_gfp_highmem = true,
2804         .min_order = 1,
2805 };
2806
2807 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2808 {
2809         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2810 }
2811 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2812
2813 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2814 {
2815         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2816                 return false;
2817         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2818                 return false;
2819         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2820                 return false;
2821         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2822                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2823                 return false;
2824
2825         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2826 }
2827
2828 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2829
2830 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2831 {
2832         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2833         struct dentry *dir;
2834
2835         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2836                                         &fail_page_alloc.attr);
2837         if (IS_ERR(dir))
2838                 return PTR_ERR(dir);
2839
2840         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2841                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2842                 goto fail;
2843         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2844                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2845                 goto fail;
2846         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2847                                 &fail_page_alloc.min_order))
2848                 goto fail;
2849
2850         return 0;
2851 fail:
2852         debugfs_remove_recursive(dir);
2853
2854         return -ENOMEM;
2855 }
2856
2857 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2858
2859 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2860
2861 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2862
2863 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2864 {
2865         return false;
2866 }
2867
2868 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2869
2870 /*
2871  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2872  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2873  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2874  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2875  */
2876 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2877                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2878                          long free_pages)
2879 {
2880         long min = mark;
2881         int o;
2882         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2883
2884         /* free_pages may go negative - that's OK */
2885         free_pages -= (1 << order) - 1;
2886
2887         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2888                 min -= min / 2;
2889
2890         /*
2891          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2892          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2893          * atomic reserve but it avoids a search.
2894          */
2895         if (likely(!alloc_harder))
2896                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2897         else
2898                 min -= min / 4;
2899
2900 #ifdef CONFIG_CMA
2901         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2902         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2903                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2904 #endif
2905
2906         /*
2907          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2908          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2909          * even if a suitable page happened to be free.
2910          */
2911         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2912                 return false;
2913
2914         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2915         if (!order)
2916                 return true;
2917
2918         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2919         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2920                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2921                 int mt;
2922
2923                 if (!area->nr_free)
2924                         continue;
2925
2926                 if (alloc_harder)
2927                         return true;
2928
2929                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2930                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2931                                 return true;
2932                 }
2933
2934 #ifdef CONFIG_CMA
2935                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2936                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2937                         return true;
2938                 }
2939 #endif
2940         }
2941         return false;
2942 }
2943
2944 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2945                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2946 {
2947         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2948                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2949 }
2950
2951 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2952                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2953 {
2954         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2955         long cma_pages = 0;
2956
2957 #ifdef CONFIG_CMA
2958         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2959         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2960                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2961 #endif
2962
2963         /*
2964          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2965          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2966          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2967          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2968          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2969          */
2970         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2971                 return true;
2972
2973         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2974                                         free_pages);
2975 }
2976
2977 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2978                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2979 {
2980         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2981
2982         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2983                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2984
2985         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2986                                                                 free_pages);
2987 }
2988
2989 #ifdef CONFIG_NUMA
2990 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2991 {
2992         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2993                                 RECLAIM_DISTANCE;
2994 }
2995 #else   /* CONFIG_NUMA */
2996 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2997 {
2998         return true;
2999 }
3000 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3001
3002 /*
3003  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3004  * a page.
3005  */
3006 static struct page *
3007 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3008                                                 const struct alloc_context *ac)
3009 {
3010         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3011         struct zone *zone;
3012         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3013
3014         /*
3015          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3016          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3017          */
3018         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3019                                                                 ac->nodemask) {
3020                 struct page *page;
3021                 unsigned long mark;
3022
3023                 if (cpusets_enabled() &&
3024                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3025                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3026                                 continue;
3027                 /*
3028                  * When allocating a page cache page for writing, we
3029                  * want to get it from a node that is within its dirty
3030                  * limit, such that no single node holds more than its
3031                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3032                  * The dirty limits take into account the node's
3033                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3034                  * should be able to balance it without having to
3035                  * write pages from its LRU list.
3036                  *
3037                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3038                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3039                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3040                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3041                  * nodes are together not big enough to reach the
3042                  * global limit.  The proper fix for these situations
3043                  * will require awareness of nodes in the
3044                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3045                  */
3046                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3047                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3048                                 continue;
3049
3050                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3051                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3052                                 continue;
3053                         }
3054                 }
3055
3056                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3057                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3058                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3059                         int ret;
3060
3061                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3062                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3063                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3064                                 goto try_this_zone;
3065
3066                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3067                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3068                                 continue;
3069
3070                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3071                         switch (ret) {
3072                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3073                                 /* did not scan */
3074                                 continue;
3075                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3076                                 /* scanned but unreclaimable */
3077                                 continue;
3078                         default:
3079                                 /* did we reclaim enough */
3080                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3081                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3082                                         goto try_this_zone;
3083
3084                                 continue;
3085                         }
3086                 }
3087
3088 try_this_zone:
3089                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3090                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3091                 if (page) {
3092                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3093
3094                         /*
3095                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3096                          * if the pageblock should be reserved for the future
3097                          */
3098                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3099                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3100
3101                         return page;
3102                 }
3103         }
3104
3105         return NULL;
3106 }
3107
3108 /*
3109  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3110  * meminfo in irq context.
3111  */
3112 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3113 {
3114         bool ret = false;
3115
3116 #if NODES_SHIFT > 8
3117         ret = in_interrupt();
3118 #endif
3119         return ret;
3120 }
3121
3122 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3123 {
3124         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3125         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3126
3127         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3128                 return;
3129
3130         /*
3131          * This documents exceptions given to allocations in certain
3132          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3133          * of allowed nodes.
3134          */
3135         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3136                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3137                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3138                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3139         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3140                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3141
3142         show_mem(filter, nodemask);
3143 }
3144
3145 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3146 {
3147         struct va_format vaf;
3148         va_list args;
3149         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3150                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3151
3152         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3153                 return;
3154
3155         pr_warn("%s: ", current->comm);
3156
3157         va_start(args, fmt);
3158         vaf.fmt = fmt;
3159         vaf.va = &args;
3160         pr_cont("%pV", &vaf);
3161         va_end(args);
3162
3163         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3164         if (nodemask)
3165                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3166         else
3167                 pr_cont("(null)\n");
3168
3169         cpuset_print_current_mems_allowed();
3170
3171         dump_stack();
3172         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3173 }
3174
3175 static inline struct page *
3176 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3177                               unsigned int alloc_flags,
3178                               const struct alloc_context *ac)
3179 {
3180         struct page *page;
3181
3182         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3183                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3184         /*
3185          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3186          * are depleted
3187          */
3188         if (!page)
3189                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3190                                 alloc_flags, ac);
3191
3192         return page;
3193 }
3194
3195 static inline struct page *
3196 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3197         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3198 {
3199         struct oom_control oc = {
3200                 .zonelist = ac->zonelist,
3201                 .nodemask = ac->nodemask,
3202                 .memcg = NULL,
3203                 .gfp_mask = gfp_mask,
3204                 .order = order,
3205         };
3206         struct page *page;
3207
3208         *did_some_progress = 0;
3209
3210         /*
3211          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3212          * making progress for us.
3213          */
3214         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3215                 *did_some_progress = 1;
3216                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3217                 return NULL;
3218         }
3219
3220         /*
3221          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3222          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3223          * we're still under heavy pressure.
3224          */
3225         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3226                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3227         if (page)
3228                 goto out;
3229
3230         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3231         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3232                 goto out;
3233         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3234         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3235                 goto out;
3236         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3237         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3238                 goto out;
3239         if (pm_suspended_storage())
3240                 goto out;
3241         /*
3242          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3243          * other request to make a forward progress.
3244          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3245          * do much for this context but let's try it to at least get
3246          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3247          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3248          * failures more gracefully we should just bail out here.
3249          */
3250
3251         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3252         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3253                 goto out;
3254
3255         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3256         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3257                 *did_some_progress = 1;
3258
3259                 /*
3260                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3261                  * reserves
3262                  */
3263                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3264                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3265                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3266         }
3267 out:
3268         mutex_unlock(&oom_lock);
3269         return page;
3270 }
3271
3272 /*
3273  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3274  * killer is consider as the only way to move forward.
3275  */
3276 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3277
3278 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3279 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3280 static struct page *
3281 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3282                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3283                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3284 {
3285         struct page *page;
3286         unsigned int noreclaim_flag = current->flags & PF_MEMALLOC;
3287
3288         if (!order)
3289                 return NULL;
3290
3291         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3292         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3293                                                                         prio);
3294         current->flags = (current->flags & ~PF_MEMALLOC) | noreclaim_flag;
3295
3296         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3297                 return NULL;
3298
3299         /*
3300          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3301          * count a compaction stall
3302          */
3303         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3304
3305         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3306
3307         if (page) {
3308                 struct zone *zone = page_zone(page);
3309
3310                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3311                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3312                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3313                 return page;
3314         }
3315
3316         /*
3317          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3318          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3319          */
3320         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3321
3322         cond_resched();
3323
3324         return NULL;
3325 }
3326
3327 static inline bool
3328 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3329                      enum compact_result compact_result,
3330                      enum compact_priority *compact_priority,
3331                      int *compaction_retries)
3332 {
3333         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3334         int min_priority;
3335         bool ret = false;
3336         int retries = *compaction_retries;
3337         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3338
3339         if (!order)
3340                 return false;
3341
3342         if (compaction_made_progress(compact_result))
3343                 (*compaction_retries)++;
3344
3345         /*
3346          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3347          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3348          * failure could be caused by insufficient priority
3349          */
3350         if (compaction_failed(compact_result))
3351                 goto check_priority;
3352
3353         /*
3354          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3355          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3356          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3357          * compaction.
3358          */
3359         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3360                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3361                 goto out;
3362         }
3363
3364         /*
3365          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3366          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3367          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3368          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3369          * would need much more detailed feedback from compaction to
3370          * make a better decision.
3371          */
3372         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3373                 max_retries /= 4;
3374         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3375                 ret = true;
3376                 goto out;
3377         }
3378
3379         /*
3380          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3381          * all retries or failed at the lower priorities.
3382          */
3383 check_priority:
3384         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3385                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3386
3387         if (*compact_priority > min_priority) {
3388                 (*compact_priority)--;
3389                 *compaction_retries = 0;
3390                 ret = true;
3391         }
3392 out:
3393         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3394         return ret;
3395 }
3396 #else
3397 static inline struct page *
3398 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3399                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3400                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3401 {
3402         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3403         return NULL;
3404 }
3405
3406 static inline bool
3407 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3408                      enum compact_result compact_result,
3409                      enum compact_priority *compact_priority,
3410                      int *compaction_retries)
3411 {
3412         struct zone *zone;
3413         struct zoneref *z;
3414
3415         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3416                 return false;
3417
3418         /*
3419          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3420          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3421          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3422          * watermarks are OK.
3423          */
3424         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3425                                         ac->nodemask) {
3426                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3427                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3428                         return true;
3429         }
3430         return false;
3431 }
3432 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3433
3434 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3435 static int
3436 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3437                                         const struct alloc_context *ac)
3438 {
3439         struct reclaim_state reclaim_state;
3440         int progress;
3441
3442         cond_resched();
3443
3444         /* We now go into synchronous reclaim */
3445         cpuset_memory_pressure_bump();
3446         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3447         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3448         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3449         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3450
3451         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3452                                                                 ac->nodemask);
3453
3454         current->reclaim_state = NULL;
3455         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3456         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3457
3458         cond_resched();
3459
3460         return progress;
3461 }
3462
3463 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3464 static inline struct page *
3465 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3466                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3467                 unsigned long *did_some_progress)
3468 {
3469         struct page *page = NULL;
3470         bool drained = false;
3471
3472         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3473         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3474                 return NULL;
3475
3476 retry:
3477         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3478
3479         /*
3480          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3481          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3482          * Shrink them them and try again
3483          */
3484         if (!page && !drained) {
3485                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3486                 drain_all_pages(NULL);
3487                 drained = true;
3488                 goto retry;
3489         }
3490
3491         return page;
3492 }
3493
3494 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3495 {
3496         struct zoneref *z;
3497         struct zone *zone;
3498         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3499
3500         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3501                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3502                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3503                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3504                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3505         }
3506 }
3507
3508 static inline unsigned int
3509 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3510 {
3511         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3512
3513         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3514         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3515
3516         /*
3517          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3518          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3519          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3520          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3521          */
3522         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3523
3524         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3525                 /*
3526                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3527                  * if it can't schedule.
3528                  */
3529                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3530                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3531                 /*
3532                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3533                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3534                  */
3535                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3536         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3537                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3538
3539 #ifdef CONFIG_CMA
3540         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3541                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3542 #endif
3543         return alloc_flags;
3544 }
3545
3546 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3547 {
3548         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3549                 return false;
3550
3551         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3552                 return true;
3553         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3554                 return true;
3555         if (!in_interrupt() &&
3556                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3557                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3558                 return true;
3559
3560         return false;
3561 }
3562
3563 /*
3564  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3565  * for the given allocation request.
3566  *
3567  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3568  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3569  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3570  *
3571  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3572  */
3573 static inline bool
3574 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3575                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3576                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3577 {
3578         struct zone *zone;
3579         struct zoneref *z;
3580
3581         /*
3582          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3583          * their order will become available due to high fragmentation so
3584          * always increment the no progress counter for them
3585          */
3586         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3587                 *no_progress_loops = 0;
3588         else
3589                 (*no_progress_loops)++;
3590
3591         /*
3592          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3593          * several times in the row.
3594          */
3595         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3596                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3597                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3598         }
3599
3600         /*
3601          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3602          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3603          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3604          * screwed and have to go OOM.
3605          */
3606         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3607                                         ac->nodemask) {
3608                 unsigned long available;
3609                 unsigned long reclaimable;
3610                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3611                 bool wmark;
3612
3613                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3614                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3615
3616                 /*
3617                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3618                  * reclaimable pages?
3619                  */
3620                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3621                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3622                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3623                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3624                 if (wmark) {
3625                         /*
3626                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3627                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3628                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3629                          * prevent from pre mature OOM
3630                          */
3631                         if (!did_some_progress) {
3632                                 unsigned long write_pending;
3633
3634                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3635                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3636
3637                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3638                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3639                                         return true;
3640                                 }
3641                         }
3642
3643                         /*
3644                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3645                          * context and the current implementation of the WQ
3646                          * concurrency control doesn't recognize that
3647                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3648                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3649                          * do a short sleep here rather than calling
3650                          * cond_resched().
3651                          */
3652                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3653                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3654                         else
3655                                 cond_resched();
3656
3657                         return true;
3658                 }
3659         }
3660
3661         return false;
3662 }
3663
3664 static inline struct page *
3665 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3666                                                 struct alloc_context *ac)
3667 {
3668         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3669         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
3670         struct page *page = NULL;
3671         unsigned int alloc_flags;
3672         unsigned long did_some_progress;
3673         enum compact_priority compact_priority;
3674         enum compact_result compact_result;
3675         int compaction_retries;
3676         int no_progress_loops;
3677         unsigned long alloc_start = jiffies;
3678         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3679         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3680
3681         /*
3682          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3683          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3684          * be using allocators in order of preference for an area that is
3685          * too large.
3686          */
3687         if (order >= MAX_ORDER) {
3688                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3689                 return NULL;
3690         }
3691
3692         /*
3693          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3694          * callers that are not in atomic context.
3695          */
3696         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3697                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3698                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3699
3700 retry_cpuset:
3701         compaction_retries = 0;
3702         no_progress_loops = 0;
3703         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3704         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3705
3706         /*
3707          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3708          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3709          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3710          */
3711         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3712
3713         /*
3714          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3715          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3716          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3717          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3718          */
3719         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3720                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3721         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3722                 goto nopage;
3723
3724         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3725                 wake_all_kswapds(order, ac);
3726
3727         /*
3728          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3729          * that first
3730          */
3731         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3732         if (page)
3733                 goto got_pg;
3734
3735         /*
3736          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3737          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
3738          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
3739          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
3740          * same migratetype.
3741          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
3742          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3743          */
3744         if (can_direct_reclaim &&
3745                         (costly_order ||
3746                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
3747                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3748                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3749                                                 alloc_flags, ac,
3750                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3751                                                 &compact_result);
3752                 if (page)
3753                         goto got_pg;
3754
3755                 /*
3756                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3757                  * includes THP page fault allocations
3758                  */
3759                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
3760                         /*
3761                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3762                          * it is because sync compaction recently failed. If
3763                          * this is the case and the caller requested a THP
3764                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3765                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3766                          * direct reclaim.
3767                          */
3768                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3769                                 goto nopage;
3770
3771                         /*
3772                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3773                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3774                          * using async compaction.
3775                          */
3776                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3777                 }
3778         }
3779
3780 retry:
3781         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3782         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3783                 wake_all_kswapds(order, ac);
3784
3785         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3786                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3787
3788         /*
3789          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3790          * These allocations are high priority and system rather than user
3791          * orientated.
3792          */
3793         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3794                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3795                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3796                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3797         }
3798
3799         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3800         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3801         if (page)
3802                 goto got_pg;
3803
3804         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3805         if (!can_direct_reclaim)
3806                 goto nopage;
3807
3808         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3809         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3810                 warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, ac->nodemask,
3811                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3812                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3813                 stall_timeout += 10 * HZ;
3814         }
3815
3816         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3817         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3818                 goto nopage;
3819
3820         /* Try direct reclaim and then allocating */
3821         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3822                                                         &did_some_progress);
3823         if (page)
3824                 goto got_pg;
3825
3826         /* Try direct compaction and then allocating */
3827         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3828                                         compact_priority, &compact_result);
3829         if (page)
3830                 goto got_pg;
3831
3832         /* Do not loop if specifically requested */
3833         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3834                 goto nopage;
3835
3836         /*
3837          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3838          * __GFP_REPEAT
3839          */
3840         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3841                 goto nopage;
3842
3843         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3844                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3845                 goto retry;
3846
3847         /*
3848          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3849          * reclaim is not able to make any progress because the current
3850          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3851          * of free memory (see __compaction_suitable)
3852          */
3853         if (did_some_progress > 0 &&
3854                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3855                                 compact_result, &compact_priority,
3856                                 &compaction_retries))
3857                 goto retry;
3858
3859         /*
3860          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3861          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3862          */
3863         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3864                 goto retry_cpuset;
3865
3866         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3867         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3868         if (page)
3869                 goto got_pg;
3870
3871         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3872         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3873                 goto nopage;
3874
3875         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3876         if (did_some_progress) {
3877                 no_progress_loops = 0;
3878                 goto retry;
3879         }
3880
3881 nopage:
3882         /*
3883          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3884          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3885          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3886          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3887          * retry.
3888          */
3889         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3890                 goto retry_cpuset;
3891
3892         /*
3893          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3894          * we always retry
3895          */
3896         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3897                 /*
3898                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3899                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3900                  */
3901                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3902                         goto fail;
3903
3904                 /*
3905                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3906                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3907                  * for somebody to do a work for us
3908                  */
3909                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3910
3911                 /*
3912                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3913                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3914                  * so that we can identify them and convert them to something
3915                  * else.
3916                  */
3917                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3918
3919                 /*
3920                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3921                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3922                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3923                  * the situation worse
3924                  */
3925                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3926                 if (page)
3927                         goto got_pg;
3928
3929                 cond_resched();
3930                 goto retry;
3931         }
3932 fail:
3933         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3934                         "page allocation failure: order:%u", order);
3935 got_pg:
3936         return page;
3937 }
3938
3939 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3940                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3941                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3942                 unsigned int *alloc_flags)
3943 {
3944         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3945         ac->zonelist = zonelist;
3946         ac->nodemask = nodemask;
3947         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3948
3949         if (cpusets_enabled()) {
3950                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3951                 if (!ac->nodemask)
3952                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3953                 else
3954                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3955         }
3956
3957         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3958
3959         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3960
3961         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3962                 return false;
3963
3964         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3965                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3966
3967         return true;
3968 }
3969
3970 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3971 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3972                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3973 {
3974         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3975         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3976
3977         /*
3978          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3979          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3980          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3981          */
3982         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3983                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3984 }
3985
3986 /*
3987  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3988  */
3989 struct page *
3990 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3991                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3992 {
3993         struct page *page;
3994         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3995         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3996         struct alloc_context ac = { };
3997
3998         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3999         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4000                 return NULL;
4001
4002         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
4003
4004         /* First allocation attempt */
4005         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4006         if (likely(page))
4007                 goto out;
4008
4009         /*
4010          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4011          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4012          * from a particular context which has been marked by
4013          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4014          */
4015         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4016         ac.spread_dirty_pages = false;
4017
4018         /*
4019          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4020          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4021          */
4022         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4023                 ac.nodemask = nodemask;
4024
4025         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4026
4027 out:
4028         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4029             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4030                 __free_pages(page, order);
4031                 page = NULL;
4032         }
4033
4034         if (kmemcheck_enabled && page)
4035                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
4036
4037         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4038
4039         return page;
4040 }
4041 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4042
4043 /*
4044  * Common helper functions.
4045  */
4046 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4047 {
4048         struct page *page;
4049
4050         /*
4051          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4052          * a highmem page
4053          */
4054         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4055
4056         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4057         if (!page)
4058                 return 0;
4059         return (unsigned long) page_address(page);
4060 }
4061 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4062
4063 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4064 {
4065         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4066 }
4067 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4068
4069 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4070 {
4071         if (put_page_testzero(page)) {
4072                 if (order == 0)
4073                         free_hot_cold_page(page, false);
4074                 else
4075                         __free_pages_ok(page, order);
4076         }
4077 }
4078
4079 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4080
4081 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4082 {
4083         if (addr != 0) {
4084                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4085                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4086         }
4087 }
4088
4089 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4090
4091 /*
4092  * Page Fragment:
4093  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4094  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4095  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4096  *
4097  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4098  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4099  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4100  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4101  */
4102 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4103                                              gfp_t gfp_mask)
4104 {
4105         struct page *page = NULL;
4106         gfp_t gfp = gfp_mask;
4107
4108 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4109         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4110                     __GFP_NOMEMALLOC;
4111         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4112                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4113         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4114 #endif
4115         if (unlikely(!page))
4116                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4117
4118         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4119
4120         return page;
4121 }
4122
4123 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4124 {
4125         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4126
4127         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4128                 unsigned int order = compound_order(page);
4129
4130                 if (order == 0)
4131                         free_hot_cold_page(page, false);
4132                 else
4133                         __free_pages_ok(page, order);
4134         }
4135 }
4136 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4137
4138 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4139                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4140 {
4141         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4142         struct page *page;
4143         int offset;
4144
4145         if (unlikely(!nc->va)) {
4146 refill:
4147                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4148                 if (!page)
4149                         return NULL;
4150
4151 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4152                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4153                 size = nc->size;
4154 #endif
4155                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4156                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4157                  */
4158                 page_ref_add(page, size - 1);
4159
4160                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4161                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4162                 nc->pagecnt_bias = size;
4163                 nc->offset = size;
4164         }
4165
4166         offset = nc->offset - fragsz;
4167         if (unlikely(offset < 0)) {
4168                 page = virt_to_page(nc->va);
4169
4170                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4171                         goto refill;
4172
4173 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4174                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4175                 size = nc->size;
4176 #endif
4177                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4178                 set_page_count(page, size);
4179
4180                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4181                 nc->pagecnt_bias = size;
4182                 offset = size - fragsz;
4183         }
4184
4185         nc->pagecnt_bias--;
4186         nc->offset = offset;
4187
4188         return nc->va + offset;
4189 }
4190 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4191
4192 /*
4193  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4194  */
4195 void page_frag_free(void *addr)
4196 {
4197         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4198
4199         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4200                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4201 }
4202 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4203
4204 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4205                 size_t size)
4206 {
4207         if (addr) {
4208                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4209                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4210
4211                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4212                 while (used < alloc_end) {
4213                         free_page(used);
4214                         used += PAGE_SIZE;
4215                 }
4216         }
4217         return (void *)addr;
4218 }
4219
4220 /**
4221  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4222  * @size: the number of bytes to allocate
4223  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4224  *
4225  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4226  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4227  * allocate memory in power-of-two pages.
4228  *
4229  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4230  *
4231  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4232  */
4233 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4234 {
4235         unsigned int order = get_order(size);
4236         unsigned long addr;
4237
4238         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4239         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4240 }
4241 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4242
4243 /**
4244  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4245  *                         pages on a node.
4246  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4247  * @size: the number of bytes to allocate
4248  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4249  *
4250  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4251  * back.
4252  */
4253 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4254 {
4255         unsigned int order = get_order(size);
4256         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4257         if (!p)
4258                 return NULL;
4259         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4260 }
4261
4262 /**
4263  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4264  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4265  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4266  *
4267  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4268  */
4269 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4270 {
4271         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4272         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4273
4274         while (addr < end) {
4275                 free_page(addr);
4276                 addr += PAGE_SIZE;
4277         }
4278 }
4279 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4280
4281 /**
4282  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4283  * @offset: The zone index of the highest zone
4284  *
4285  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4286  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4287  * zone, the number of pages is calculated as:
4288  *
4289  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4290  */
4291 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4292 {
4293         struct zoneref *z;
4294         struct zone *zone;
4295
4296         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4297         unsigned long sum = 0;
4298
4299         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4300
4301         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4302                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4303                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4304                 if (size > high)
4305                         sum += size - high;
4306         }
4307
4308         return sum;
4309 }
4310
4311 /**
4312  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4313  *
4314  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4315  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4316  */
4317 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4318 {
4319         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4320 }
4321 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4322
4323 /**
4324  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4325  *
4326  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4327  * high watermark within all zones.
4328  */
4329 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4330 {
4331         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4332 }
4333
4334 static inline void show_node(struct zone *zone)
4335 {
4336         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4337                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4338 }
4339
4340 long si_mem_available(void)
4341 {
4342         long available;
4343         unsigned long pagecache;
4344         unsigned long wmark_low = 0;
4345         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4346         struct zone *zone;
4347         int lru;
4348
4349         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4350                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4351
4352         for_each_zone(zone)
4353                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4354
4355         /*
4356          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4357          * without causing swapping.
4358          */
4359         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4360
4361         /*
4362          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4363          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4364          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4365          */
4366         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4367         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4368         available += pagecache;
4369
4370         /*
4371          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4372          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4373          */
4374         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4375                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4376
4377         if (available < 0)
4378                 available = 0;
4379         return available;
4380 }
4381 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4382
4383 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4384 {
4385         val->totalram = totalram_pages;
4386         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4387         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4388         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4389         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4390         val->freehigh = nr_free_highpages();
4391         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4392 }
4393
4394 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4395
4396 #ifdef CONFIG_NUMA
4397 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4398 {
4399         int zone_type;          /* needs to be signed */
4400         unsigned long managed_pages = 0;
4401         unsigned long managed_highpages = 0;
4402         unsigned long free_highpages = 0;
4403         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4404
4405         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4406                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4407         val->totalram = managed_pages;
4408         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4409         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4410 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4411         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4412                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4413
4414                 if (is_highmem(zone)) {
4415                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4416                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4417                 }
4418         }
4419         val->totalhigh = managed_highpages;
4420         val->freehigh = free_highpages;
4421 #else
4422         val->totalhigh = managed_highpages;
4423         val->freehigh = free_highpages;
4424 #endif
4425         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4426 }
4427 #endif
4428
4429 /*
4430  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4431  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4432  */
4433 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4434 {
4435         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4436                 return false;
4437
4438         /*
4439          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4440          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4441          * have to be precise here.
4442          */
4443         if (!nodemask)
4444                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4445
4446         return !node_isset(nid, *nodemask);
4447 }
4448
4449 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4450
4451 static void show_migration_types(unsigned char type)
4452 {
4453         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4454                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4455                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4456                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4457                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4458 #ifdef CONFIG_CMA
4459                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4460 #endif
4461 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4462                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4463 #endif
4464         };
4465         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4466         char *p = tmp;
4467         int i;
4468
4469         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4470                 if (type & (1 << i))
4471                         *p++ = types[i];
4472         }
4473
4474         *p = '\0';
4475         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4476 }
4477
4478 /*
4479  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4480  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4481  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4482  *
4483  * Bits in @filter:
4484  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4485  *   cpuset.
4486  */
4487 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4488 {
4489         unsigned long free_pcp = 0;
4490         int cpu;
4491         struct zone *zone;
4492         pg_data_t *pgdat;
4493
4494         for_each_populated_zone(zone) {
4495                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4496                         continue;
4497
4498                 for_each_online_cpu(cpu)
4499                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4500         }
4501
4502         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4503                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4504                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4505                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4506                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4507                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4508                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4509                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4510                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4511                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4512                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4513                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4514                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4515                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4516                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4517                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4518                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4519                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4520                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4521                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4522                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4523                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4524                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4525                 free_pcp,
4526                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4527
4528         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4529                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4530                         continue;
4531
4532                 printk("Node %d"
4533                         " active_anon:%lukB"
4534                         " inactive_anon:%lukB"
4535                         " active_file:%lukB"
4536                         " inactive_file:%lukB"
4537                         " unevictable:%lukB"
4538                         " isolated(anon):%lukB"
4539                         " isolated(file):%lukB"
4540                         " mapped:%lukB"
4541                         " dirty:%lukB"
4542                         " writeback:%lukB"
4543                         " shmem:%lukB"
4544 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4545                         " shmem_thp: %lukB"
4546                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4547                         " anon_thp: %lukB"
4548 #endif
4549                         " writeback_tmp:%lukB"
4550                         " unstable:%lukB"
4551                         " all_unreclaimable? %s"
4552                         "\n",
4553                         pgdat->node_id,
4554                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4555                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4556                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4557                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4558                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4559                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4560                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4561                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4562                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4563                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4564                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4565 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4566                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4567                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4568                                         * HPAGE_PMD_NR),
4569                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4570 #endif
4571                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4572                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4573                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4574                                 "yes" : "no");
4575         }
4576
4577         for_each_populated_zone(zone) {
4578                 int i;
4579
4580                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4581                         continue;
4582
4583                 free_pcp = 0;
4584                 for_each_online_cpu(cpu)
4585                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4586
4587                 show_node(zone);
4588                 printk(KERN_CONT
4589                         "%s"
4590                         " free:%lukB"
4591                         " min:%lukB"
4592                         " low:%lukB"
4593                         " high:%lukB"
4594                         " active_anon:%lukB"
4595                         " inactive_anon:%lukB"
4596                         " active_file:%lukB"
4597                         " inactive_file:%lukB"
4598                         " unevictable:%lukB"
4599                         " writepending:%lukB"
4600                         " present:%lukB"
4601                         " managed:%lukB"
4602                         " mlocked:%lukB"
4603                         " slab_reclaimable:%lukB"
4604                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4605                         " kernel_stack:%lukB"
4606                         " pagetables:%lukB"
4607                         " bounce:%lukB"
4608                         " free_pcp:%lukB"
4609                         " local_pcp:%ukB"
4610                         " free_cma:%lukB"
4611                         "\n",
4612                         zone->name,
4613                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4614                         K(min_wmark_pages(zone)),
4615                         K(low_wmark_pages(zone)),
4616                         K(high_wmark_pages(zone)),
4617                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4618                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4619                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4620                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4621                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4622                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4623                         K(zone->present_pages),
4624                         K(zone->managed_pages),
4625                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4626                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4627                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4628                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4629                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4630                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4631                         K(free_pcp),
4632                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4633                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4634                 printk("lowmem_reserve[]:");
4635                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4636                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4637                 printk(KERN_CONT "\n");
4638         }
4639
4640         for_each_populated_zone(zone) {
4641                 unsigned int order;
4642                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4643                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4644
4645                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4646                         continue;
4647                 show_node(zone);
4648                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4649
4650                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4651                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4652                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4653                         int type;
4654
4655                         nr[order] = area->nr_free;
4656                         total += nr[order] << order;
4657
4658                         types[order] = 0;
4659                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4660                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4661                                         types[order] |= 1 << type;
4662                         }
4663                 }
4664                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4665                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4666                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4667                                nr[order], K(1UL) << order);
4668                         if (nr[order])
4669                                 show_migration_types(types[order]);
4670                 }
4671                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4672         }
4673
4674         hugetlb_show_meminfo();
4675
4676         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4677
4678         show_swap_cache_info();
4679 }
4680
4681 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4682 {
4683         zoneref->zone = zone;
4684         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4685 }
4686
4687 /*
4688  * Builds allocation fallback zone lists.
4689  *
4690  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4691  */
4692 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4693                                 int nr_zones)
4694 {
4695         struct zone *zone;
4696         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4697
4698         do {
4699                 zone_type--;
4700                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4701                 if (managed_zone(zone)) {
4702                         zoneref_set_zone(zone,
4703                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4704                         check_highest_zone(zone_type);
4705                 }
4706         } while (zone_type);
4707
4708         return nr_zones;
4709 }
4710
4711
4712 /*
4713  *  zonelist_order:
4714  *  0 = automatic detection of better ordering.
4715  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4716  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4717  *
4718  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4719  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4720  */
4721 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4722 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4723 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4724
4725 /* zonelist order in the kernel.
4726  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4727  */
4728 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4729 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4730
4731
4732 #ifdef CONFIG_NUMA
4733 /* The value user specified ....changed by config */
4734 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4735 /* string for sysctl */
4736 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4737 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4738
4739 /*
4740  * interface for configure zonelist ordering.
4741  * command line option "numa_zonelist_order"
4742  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4743  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4744  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4745  */
4746
4747 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4748 {
4749         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4750                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4751         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4752                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4753         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4754                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4755         } else {
4756                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4757                 return -EINVAL;
4758         }
4759         return 0;
4760 }
4761
4762 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4763 {
4764         int ret;
4765
4766         if (!s)
4767                 return 0;
4768
4769         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4770         if (ret == 0)
4771                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4772
4773         return ret;
4774 }
4775 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4776
4777 /*
4778  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4779  */
4780 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4781                 void __user *buffer, size_t *length,
4782                 loff_t *ppos)
4783 {
4784         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4785         int ret;
4786         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4787
4788         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4789         if (write) {
4790                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4791                         ret = -EINVAL;
4792                         goto out;
4793                 }
4794                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4795         }
4796         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4797         if (ret)
4798                 goto out;
4799         if (write) {
4800                 int oldval = user_zonelist_order;
4801
4802                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4803                 if (ret) {
4804                         /*
4805                          * bogus value.  restore saved string
4806                          */
4807                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4808                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4809                         user_zonelist_order = oldval;
4810                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4811                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4812                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4813                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4814                 }
4815         }
4816 out:
4817         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4818         return ret;
4819 }
4820
4821
4822 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4823 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4824
4825 /**
4826  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4827  * @node: node whose fallback list we're appending
4828  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4829  *
4830  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4831  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4832  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4833  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4834  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4835  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4836  * on them otherwise.
4837  * It returns -1 if no node is found.
4838  */
4839 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4840 {
4841         int n, val;
4842         int min_val = INT_MAX;
4843         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4844         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4845
4846         /* Use the local node if we haven't already */
4847         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4848                 node_set(node, *used_node_mask);
4849                 return node;
4850         }
4851
4852         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4853
4854                 /* Don't want a node to appear more than once */
4855                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4856                         continue;
4857
4858                 /* Use the distance array to find the distance */
4859                 val = node_distance(node, n);
4860
4861                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4862                 val += (n < node);
4863
4864                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4865                 tmp = cpumask_of_node(n);
4866                 if (!cpumask_empty(tmp))
4867                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4868
4869                 /* Slight preference for less loaded node */
4870                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4871                 val += node_load[n];
4872
4873                 if (val < min_val) {
4874                         min_val = val;
4875                         best_node = n;
4876                 }
4877         }
4878
4879         if (best_node >= 0)
4880                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4881
4882         return best_node;
4883 }
4884
4885
4886 /*
4887  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4888  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4889  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4890  */
4891 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4892 {
4893         int j;
4894         struct zonelist *zonelist;
4895
4896         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4897         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4898                 ;
4899         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4900         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4901         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4902 }
4903
4904 /*
4905  * Build gfp_thisnode zonelists
4906  */
4907 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4908 {
4909         int j;
4910         struct zonelist *zonelist;
4911
4912         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4913         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4914         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4915         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4916 }
4917
4918 /*
4919  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4920  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4921  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4922  * may still exist in local DMA zone.
4923  */
4924 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4925
4926 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4927 {
4928         int pos, j, node;
4929         int zone_type;          /* needs to be signed */
4930         struct zone *z;
4931         struct zonelist *zonelist;
4932
4933         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4934         pos = 0;
4935         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4936                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4937                         node = node_order[j];
4938                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4939                         if (managed_zone(z)) {
4940                                 zoneref_set_zone(z,
4941                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4942                                 check_highest_zone(zone_type);
4943                         }
4944                 }
4945         }
4946         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4947         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4948 }
4949
4950 #if defined(CONFIG_64BIT)
4951 /*
4952  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4953  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4954  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4955  */
4956 static int default_zonelist_order(void)
4957 {
4958         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4959 }
4960 #else
4961 /*
4962  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4963  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4964  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4965  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4966  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4967  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4968  */
4969 static int default_zonelist_order(void)
4970 {
4971         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4972 }
4973 #endif /* CONFIG_64BIT */
4974
4975 static void set_zonelist_order(void)
4976 {
4977         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4978                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4979         else
4980                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4981 }
4982
4983 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4984 {
4985         int i, node, load;
4986         nodemask_t used_mask;
4987         int local_node, prev_node;
4988         struct zonelist *zonelist;
4989         unsigned int order = current_zonelist_order;
4990
4991         /* initialize zonelists */
4992         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4993                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4994                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4995                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4996         }
4997
4998         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4999         local_node = pgdat->node_id;
5000         load = nr_online_nodes;
5001         prev_node = local_node;
5002         nodes_clear(used_mask);
5003
5004         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5005         i = 0;
5006
5007         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5008                 /*
5009                  * We don't want to pressure a particular node.
5010                  * So adding penalty to the first node in same
5011                  * distance group to make it round-robin.
5012                  */
5013                 if (node_distance(local_node, node) !=
5014                     node_distance(local_node, prev_node))
5015                         node_load[node] = load;
5016
5017                 prev_node = node;
5018                 load--;
5019                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
5020                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
5021                 else
5022                         node_order[i++] = node; /* remember order */
5023         }
5024
5025         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
5026                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
5027                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
5028         }
5029
5030         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5031 }
5032
5033 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5034 /*
5035  * Return node id of node used for "local" allocations.
5036  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5037  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5038  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5039  */
5040 int local_memory_node(int node)
5041 {
5042         struct zoneref *z;
5043
5044         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5045                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5046                                    NULL);
5047         return z->zone->node;
5048 }
5049 #endif
5050
5051 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5052 static void setup_min_slab_ratio(void);
5053 #else   /* CONFIG_NUMA */
5054
5055 static void set_zonelist_order(void)
5056 {
5057         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5058 }
5059
5060 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5061 {
5062         int node, local_node;
5063         enum zone_type j;
5064         struct zonelist *zonelist;
5065
5066         local_node = pgdat->node_id;
5067
5068         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5069         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5070
5071         /*
5072          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5073          * of all the other nodes.
5074          * We don't want to pressure a particular node, so when
5075          * building the zones for node N, we make sure that the
5076          * zones coming right after the local ones are those from
5077          * node N+1 (modulo N)
5078          */
5079         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5080                 if (!node_online(node))
5081                         continue;
5082                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5083         }
5084         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5085                 if (!node_online(node))
5086                         continue;
5087                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5088         }
5089
5090         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5091         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5092 }
5093
5094 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5095
5096 /*
5097  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5098  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5099  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5100  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5101  * with interrupts disabled.
5102  *
5103  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5104  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5105  * hotplugged processors.
5106  *
5107  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5108  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5109  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5110  */
5111 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5112 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5113 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5114
5115 /*
5116  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5117  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5118  */
5119 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5120
5121 /* return values int ....just for stop_machine() */
5122 static int __build_all_zonelists(void *data)
5123 {
5124         int nid;
5125         int cpu;
5126         pg_data_t *self = data;
5127
5128 #ifdef CONFIG_NUMA
5129         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5130 #endif
5131
5132         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5133                 build_zonelists(self);
5134         }
5135
5136         for_each_online_node(nid) {
5137                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5138
5139                 build_zonelists(pgdat);
5140         }
5141
5142         /*
5143          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5144          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5145          * each zone will be allocated later when the per cpu
5146          * allocator is available.
5147          *
5148          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5149          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5150          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5151          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5152          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5153          * (a chicken-egg dilemma).
5154          */
5155         for_each_possible_cpu(cpu) {
5156                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5157
5158 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5159                 /*
5160                  * We now know the "local memory node" for each node--
5161                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5162                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5163                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5164                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5165                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5166                  */
5167                 if (cpu_online(cpu))
5168                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5169 #endif
5170         }
5171
5172         return 0;
5173 }
5174
5175 static noinline void __init
5176 build_all_zonelists_init(void)
5177 {
5178         __build_all_zonelists(NULL);
5179         mminit_verify_zonelist();
5180         cpuset_init_current_mems_allowed();
5181 }
5182
5183 /*
5184  * Called with zonelists_mutex held always
5185  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5186  *
5187  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5188  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5189  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5190  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5191  */
5192 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5193 {
5194         set_zonelist_order();
5195
5196         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5197                 build_all_zonelists_init();
5198         } else {
5199 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5200                 if (zone)
5201                         setup_zone_pageset(zone);
5202 #endif
5203                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5204                    of zonelist */
5205                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5206                 /* cpuset refresh routine should be here */
5207         }
5208         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5209         /*
5210          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5211          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5212          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5213          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5214          * disabled and enable it later
5215          */
5216         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5217                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5218         else
5219                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5220
5221         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5222                 nr_online_nodes,
5223                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5224                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5225                 vm_total_pages);
5226 #ifdef CONFIG_NUMA
5227         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5228 #endif
5229 }
5230
5231 /*
5232  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5233  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5234  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5235  */
5236 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5237                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5238 {
5239         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5240         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5241         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5242         unsigned long pfn;
5243         unsigned long nr_initialised = 0;
5244 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5245         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5246 #endif
5247
5248         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5249                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5250
5251         /*
5252          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5253          * memory
5254          */
5255         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5256                 start_pfn += altmap->reserve;
5257
5258         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5259                 /*
5260                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5261                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5262                  */
5263                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5264                         goto not_early;
5265
5266                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5267 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5268                         /*
5269                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5270                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5271                          * on our next iteration of the loop.
5272                          */
5273                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5274 #endif
5275                         continue;
5276                 }
5277                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5278                         continue;
5279                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5280                         break;
5281
5282 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5283                 /*
5284                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5285                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5286                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5287                  */
5288                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5289                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5290                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5291                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5292                                                 break;
5293                                 r = tmp;
5294                         }
5295                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5296                             memblock_is_mirror(r)) {
5297                                 /* already initialized as NORMAL */
5298                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5299                                 continue;
5300                         }
5301                 }
5302 #endif
5303
5304 not_early:
5305                 /*
5306                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5307                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5308                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5309                  * the address space during boot when many long-lived
5310                  * kernel allocations are made.
5311                  *
5312                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5313                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5314                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5315                  * pfn out of zone.
5316                  */
5317                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5318                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5319
5320                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5321                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5322                 } else {
5323                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5324                 }
5325         }
5326 }
5327
5328 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5329 {
5330         unsigned int order, t;
5331         for_each_migratetype_order(order, t) {
5332                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5333                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5334         }
5335 }
5336
5337 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5338 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5339         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5340 #endif
5341
5342 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5343 {
5344 #ifdef CONFIG_MMU
5345         int batch;
5346
5347         /*
5348          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5349          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5350          *
5351          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5352          */
5353         batch = zone->managed_pages / 1024;
5354         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5355                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5356         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5357         if (batch < 1)
5358                 batch = 1;
5359
5360         /*
5361          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5362          * of 2 value was found to be more likely to have
5363          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5364          *
5365          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5366          * batches of pages, one task can end up with a lot
5367          * of pages of one half of the possible page colors
5368          * and the other with pages of the other colors.
5369          */
5370         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5371
5372         return batch;
5373
5374 #else
5375         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5376          * conditions.
5377          *
5378          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5379          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5380          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5381          *
5382          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5383          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5384          * can be a significant delay between the individual batches being
5385          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5386          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5387          */
5388         return 0;
5389 #endif
5390 }
5391
5392 /*
5393  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5394  * ->batch must never be higher then ->high.
5395  * The following function updates them in a safe manner without read side
5396  * locking.
5397  *
5398  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5399  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5400  *
5401  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5402  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5403  * exist).
5404  */
5405 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5406                 unsigned long batch)
5407 {
5408        /* start with a fail safe value for batch */
5409         pcp->batch = 1;
5410         smp_wmb();
5411
5412        /* Update high, then batch, in order */
5413         pcp->high = high;
5414         smp_wmb();
5415
5416         pcp->batch = batch;
5417 }
5418
5419 /* a companion to pageset_set_high() */
5420 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5421 {
5422         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5423 }
5424
5425 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5426 {
5427         struct per_cpu_pages *pcp;
5428         int migratetype;
5429
5430         memset(p, 0, sizeof(*p));
5431
5432         pcp = &p->pcp;
5433         pcp->count = 0;
5434         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5435                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5436 }
5437
5438 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5439 {
5440         pageset_init(p);
5441         pageset_set_batch(p, batch);
5442 }
5443
5444 /*
5445  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5446  * to the value high for the pageset p.
5447  */
5448 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5449                                 unsigned long high)
5450 {
5451         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5452         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5453                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5454
5455         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5456 }
5457
5458 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5459                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5460 {
5461         if (percpu_pagelist_fraction)
5462                 pageset_set_high(pcp,
5463                         (zone->managed_pages /
5464                                 percpu_pagelist_fraction));
5465         else
5466                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5467 }
5468
5469 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5470 {
5471         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5472
5473         pageset_init(pcp);
5474         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5475 }
5476
5477 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5478 {
5479         int cpu;
5480         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5481         for_each_possible_cpu(cpu)
5482                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5483 }
5484
5485 /*
5486  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5487  * Before this call only boot pagesets were available.
5488  */
5489 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5490 {
5491         struct pglist_data *pgdat;
5492         struct zone *zone;
5493
5494         for_each_populated_zone(zone)
5495                 setup_zone_pageset(zone);
5496
5497         for_each_online_pgdat(pgdat)
5498                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5499                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5500 }
5501
5502 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5503 {
5504         /*
5505          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5506          * relies on the ability of the linker to provide the
5507          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5508          */
5509         zone->pageset = &boot_pageset;
5510
5511         if (populated_zone(zone))
5512                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5513                         zone->name, zone->present_pages,
5514                                          zone_batchsize(zone));
5515 }
5516
5517 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5518                                         unsigned long zone_start_pfn,
5519                                         unsigned long size)
5520 {
5521         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5522
5523         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5524
5525         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5526
5527         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5528                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5529                         pgdat->node_id,
5530                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5531                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5532
5533         zone_init_free_lists(zone);
5534         zone->initialized = 1;
5535
5536         return 0;
5537 }
5538
5539 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5540 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5541
5542 /*
5543  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5544  */
5545 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5546                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5547 {
5548         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5549         int nid;
5550
5551         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5552                 return state->last_nid;
5553
5554         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5555         if (nid != -1) {
5556                 state->last_start = start_pfn;
5557                 state->last_end = end_pfn;
5558                 state->last_nid = nid;
5559         }
5560
5561         return nid;
5562 }
5563 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5564
5565 /**
5566  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5567  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5568  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5569  *
5570  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5571  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5572  * memblock_free_early_nid() manually.
5573  */
5574 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5575 {
5576         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5577         int i, this_nid;
5578
5579         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5580                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5581                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5582
5583                 if (start_pfn < end_pfn)
5584                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5585                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5586                                         this_nid);
5587         }
5588 }
5589
5590 /**
5591  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5592  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5593  *
5594  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5595  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5596  */
5597 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5598 {
5599         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5600         int i, this_nid;
5601
5602         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5603                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5604 }
5605
5606 /**
5607  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5608  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5609  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5610  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5611  *
5612  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5613  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5614  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5615  * PFNs will be 0.
5616  */
5617 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5618                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5619 {
5620         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5621         int i;
5622
5623         *start_pfn = -1UL;
5624         *end_pfn = 0;
5625
5626         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5627                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5628                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5629         }
5630
5631         if (*start_pfn == -1UL)
5632                 *start_pfn = 0;
5633 }
5634
5635 /*
5636  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5637  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5638  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5639  */
5640 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5641 {
5642         int zone_index;
5643         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5644                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5645                         continue;
5646
5647                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5648                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5649                         break;
5650         }
5651
5652         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5653         movable_zone = zone_index;
5654 }
5655
5656 /*
5657  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5658  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5659  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5660  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5661  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5662  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5663  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5664  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5665  */
5666 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5667                                         unsigned long zone_type,
5668                                         unsigned long node_start_pfn,
5669                                         unsigned long node_end_pfn,
5670                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5671                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5672 {
5673         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5674         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5675                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5676                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5677                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5678                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5679                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5680
5681                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5682                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5683                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5684                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5685                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5686
5687                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5688                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5689                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5690         }
5691 }
5692
5693 /*
5694  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5695  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5696  */
5697 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5698                                         unsigned long zone_type,
5699                                         unsigned long node_start_pfn,
5700                                         unsigned long node_end_pfn,
5701                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5702                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5703                                         unsigned long *ignored)
5704 {
5705         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5706         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5707                 return 0;
5708
5709         /* Get the start and end of the zone */
5710         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5711         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5712         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5713                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5714                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5715
5716         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5717         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5718                 return 0;
5719
5720         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5721         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5722         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5723
5724         /* Return the spanned pages */
5725         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5726 }
5727
5728 /*
5729  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5730  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5731  */
5732 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5733                                 unsigned long range_start_pfn,
5734                                 unsigned long range_end_pfn)
5735 {
5736         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5737         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5738         int i;
5739
5740         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5741                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5742                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5743                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5744         }
5745         return nr_absent;
5746 }
5747
5748 /**
5749  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5750  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5751  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5752  *
5753  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5754  */
5755 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5756                                                         unsigned long end_pfn)
5757 {
5758         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5759 }
5760
5761 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5762 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5763                                         unsigned long zone_type,
5764                                         unsigned long node_start_pfn,
5765                                         unsigned long node_end_pfn,
5766                                         unsigned long *ignored)
5767 {
5768         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5769         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5770         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5771         unsigned long nr_absent;
5772
5773         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5774         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5775                 return 0;
5776
5777         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5778         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5779
5780         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5781                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5782                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5783         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5784
5785         /*
5786          * ZONE_MOVABLE handling.
5787          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5788          * and vice versa.
5789          */
5790         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5791                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5792                 struct memblock_region *r;
5793
5794                 for_each_memblock(memory, r) {
5795                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5796                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5797                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5798                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5799
5800                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5801                             memblock_is_mirror(r))
5802                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5803
5804                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5805                             !memblock_is_mirror(r))
5806                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5807                 }
5808         }
5809
5810         return nr_absent;
5811 }
5812
5813 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5814 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5815                                         unsigned long zone_type,
5816                                         unsigned long node_start_pfn,
5817                                         unsigned long node_end_pfn,
5818                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5819                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5820                                         unsigned long *zones_size)
5821 {
5822         unsigned int zone;
5823
5824         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5825         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5826                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5827
5828         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5829
5830         return zones_size[zone_type];
5831 }
5832
5833 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5834                                                 unsigned long zone_type,
5835                                                 unsigned long node_start_pfn,
5836                                                 unsigned long node_end_pfn,
5837                                                 unsigned long *zholes_size)
5838 {
5839         if (!zholes_size)
5840                 return 0;
5841
5842         return zholes_size[zone_type];
5843 }
5844
5845 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5846
5847 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5848                                                 unsigned long node_start_pfn,
5849                                                 unsigned long node_end_pfn,
5850                                                 unsigned long *zones_size,
5851                                                 unsigned long *zholes_size)
5852 {
5853         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5854         enum zone_type i;
5855
5856         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5857                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5858                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5859                 unsigned long size, real_size;
5860
5861                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5862                                                   node_start_pfn,
5863                                                   node_end_pfn,
5864                                                   &zone_start_pfn,
5865                                                   &zone_end_pfn,
5866                                                   zones_size);
5867                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5868                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5869                                                   zholes_size);
5870                 if (size)
5871                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5872                 else
5873                         zone->zone_start_pfn = 0;
5874                 zone->spanned_pages = size;
5875                 zone->present_pages = real_size;
5876
5877                 totalpages += size;
5878                 realtotalpages += real_size;
5879         }
5880
5881         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5882         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5883         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5884                                                         realtotalpages);
5885 }
5886
5887 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5888 /*
5889  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5890  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5891  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5892  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5893  * bytes.
5894  */
5895 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5896 {
5897         unsigned long usemapsize;
5898
5899         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5900         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5901         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5902         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5903         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5904
5905         return usemapsize / 8;
5906 }
5907
5908 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5909                                 struct zone *zone,
5910                                 unsigned long zone_start_pfn,
5911                                 unsigned long zonesize)
5912 {
5913         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5914         zone->pageblock_flags = NULL;
5915         if (usemapsize)
5916                 zone->pageblock_flags =
5917                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5918                                                          pgdat->node_id);
5919 }
5920 #else
5921 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5922                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5923 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5924
5925 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5926
5927 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5928 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5929 {
5930         unsigned int order;
5931
5932         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5933         if (pageblock_order)
5934                 return;
5935
5936         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5937                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5938         else
5939                 order = MAX_ORDER - 1;
5940
5941         /*
5942          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5943          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5944          * powerpc.
5945          */
5946         pageblock_order = order;
5947 }
5948 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5949
5950 /*
5951  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5952  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5953  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5954  * the kernel config
5955  */
5956 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5957 {
5958 }
5959
5960 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5961
5962 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5963                                                    unsigned long present_pages)
5964 {
5965         unsigned long pages = spanned_pages;
5966
5967         /*
5968          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5969          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5970          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5971          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5972          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5973          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5974          */
5975         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5976             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5977                 pages = present_pages;
5978
5979         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5980 }
5981
5982 /*
5983  * Set up the zone data structures:
5984  *   - mark all pages reserved
5985  *   - mark all memory queues empty
5986  *   - clear the memory bitmaps
5987  *
5988  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5989  */
5990 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5991 {
5992         enum zone_type j;
5993         int nid = pgdat->node_id;
5994         int ret;
5995
5996         pgdat_resize_init(pgdat);
5997 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5998         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5999         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
6000         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
6001 #endif
6002 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6003         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6004         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6005         pgdat->split_queue_len = 0;
6006 #endif
6007         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6008         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6009 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6010         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6011 #endif
6012         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6013         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6014         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6015
6016         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6017                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6018                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
6019                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6020
6021                 size = zone->spanned_pages;
6022                 realsize = freesize = zone->present_pages;
6023
6024                 /*
6025                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6026                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6027                  * and per-cpu initialisations
6028                  */
6029                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6030                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6031                         if (freesize >= memmap_pages) {
6032                                 freesize -= memmap_pages;
6033                                 if (memmap_pages)
6034                                         printk(KERN_DEBUG
6035                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6036                                                zone_names[j], memmap_pages);
6037                         } else
6038                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6039                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6040                 }
6041
6042                 /* Account for reserved pages */
6043                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6044                         freesize -= dma_reserve;
6045                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6046                                         zone_names[0], dma_reserve);
6047                 }
6048
6049                 if (!is_highmem_idx(j))
6050                         nr_kernel_pages += freesize;
6051                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6052                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6053                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6054                 nr_all_pages += freesize;
6055
6056                 /*
6057                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6058                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6059                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6060                  */
6061                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6062 #ifdef CONFIG_NUMA
6063                 zone->node = nid;
6064 #endif
6065                 zone->name = zone_names[j];
6066                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6067                 spin_lock_init(&zone->lock);
6068                 zone_seqlock_init(zone);
6069                 zone_pcp_init(zone);
6070
6071                 if (!size)
6072                         continue;
6073
6074                 set_pageblock_order();
6075                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6076                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6077                 BUG_ON(ret);
6078                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6079         }
6080 }
6081
6082 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6083 {
6084         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6085         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6086
6087         /* Skip empty nodes */
6088         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6089                 return;
6090
6091 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6092         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6093         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6094         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6095         if (!pgdat->node_mem_map) {
6096                 unsigned long size, end;
6097                 struct page *map;
6098
6099                 /*
6100                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6101                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6102                  * for the buddy allocator to function correctly.
6103                  */
6104                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6105                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6106                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6107                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6108                 if (!map)
6109                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6110                                                                pgdat->node_id);
6111                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6112         }
6113 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6114         /*
6115          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6116          */
6117         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6118                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6119 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6120                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6121                         mem_map -= offset;
6122 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6123         }
6124 #endif
6125 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6126 }
6127
6128 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6129                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6130 {
6131         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6132         unsigned long start_pfn = 0;
6133         unsigned long end_pfn = 0;
6134
6135         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6136         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6137
6138         reset_deferred_meminit(pgdat);
6139         pgdat->node_id = nid;
6140         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6141         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6143         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6144         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6145                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6146                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6147 #else
6148         start_pfn = node_start_pfn;
6149 #endif
6150         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6151                                   zones_size, zholes_size);
6152
6153         alloc_node_mem_map(pgdat);
6154 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6155         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6156                 nid, (unsigned long)pgdat,
6157                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6158 #endif
6159
6160         free_area_init_core(pgdat);
6161 }
6162
6163 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6164
6165 #if MAX_NUMNODES > 1
6166 /*
6167  * Figure out the number of possible node ids.
6168  */
6169 void __init setup_nr_node_ids(void)
6170 {
6171         unsigned int highest;
6172
6173         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6174         nr_node_ids = highest + 1;
6175 }
6176 #endif
6177
6178 /**
6179  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6180  *
6181  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6182  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6183  * all the nodes.
6184  *
6185  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6186  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6187  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6188  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6189  *
6190  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6191  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6192  * populated node map.
6193  *
6194  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6195  * requirement (single node).
6196  */
6197 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6198 {
6199         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6200         unsigned long start, end, mask;
6201         int last_nid = -1;
6202         int i, nid;
6203
6204         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6205                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6206                         last_nid = nid;
6207                         last_end = end;
6208                         continue;
6209                 }
6210
6211                 /*
6212                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6213                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6214                  * too coarse to separate the current node from the last.
6215                  */
6216                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6217                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6218                         mask <<= 1;
6219
6220                 /* accumulate all internode masks */
6221                 accl_mask |= mask;
6222         }
6223
6224         /* convert mask to number of pages */
6225         return ~accl_mask + 1;
6226 }
6227
6228 /* Find the lowest pfn for a node */
6229 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6230 {
6231         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6232         unsigned long start_pfn;
6233         int i;
6234
6235         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6236                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6237
6238         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6239                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6240                 return 0;
6241         }
6242
6243         return min_pfn;
6244 }
6245
6246 /**
6247  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6248  *
6249  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6250  * memblock_set_node().
6251  */
6252 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6253 {
6254         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6255 }
6256
6257 /*
6258  * early_calculate_totalpages()
6259  * Sum pages in active regions for movable zone.
6260  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6261  */
6262 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6263 {
6264         unsigned long totalpages = 0;
6265         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6266         int i, nid;
6267
6268         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6269                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6270
6271                 totalpages += pages;
6272                 if (pages)
6273                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6274         }
6275         return totalpages;
6276 }
6277
6278 /*
6279  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6280  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6281  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6282  * others
6283  */
6284 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6285 {
6286         int i, nid;
6287         unsigned long usable_startpfn;
6288         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6289         /* save the state before borrow the nodemask */
6290         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6291         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6292         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6293         struct memblock_region *r;
6294
6295         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6296         find_usable_zone_for_movable();
6297
6298         /*
6299          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6300          * options.
6301          */
6302         if (movable_node_is_enabled()) {
6303                 for_each_memblock(memory, r) {
6304                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6305                                 continue;
6306
6307                         nid = r->nid;
6308
6309                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6310                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6311                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6312                                 usable_startpfn;
6313                 }
6314
6315                 goto out2;
6316         }
6317
6318         /*
6319          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6320          */
6321         if (mirrored_kernelcore) {
6322                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6323
6324                 for_each_memblock(memory, r) {
6325                         if (memblock_is_mirror(r))
6326                                 continue;
6327
6328                         nid = r->nid;
6329
6330                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6331
6332                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6333                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6334                                 continue;
6335                         }
6336
6337                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6338                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6339                                 usable_startpfn;
6340                 }
6341
6342                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6343                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6344
6345                 goto out2;
6346         }
6347
6348         /*
6349          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6350          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6351          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6352          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6353          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6354          * what movablecore would have allowed.
6355          */
6356         if (required_movablecore) {
6357                 unsigned long corepages;
6358
6359                 /*
6360                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6361                  * was requested by the user
6362                  */
6363                 required_movablecore =
6364                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6365                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6366                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6367
6368                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6369         }
6370
6371         /*
6372          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6373          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6374          */
6375         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6376                 goto out;
6377
6378         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6379         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6380
6381 restart:
6382         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6383         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6384         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6385                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6386
6387                 /*
6388                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6389                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6390                  * amount of memory for the kernel
6391                  */
6392                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6393                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6394
6395                 /*
6396                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6397                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6398                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6399                  */
6400                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6401
6402                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6403                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6404                         unsigned long size_pages;
6405
6406                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6407                         if (start_pfn >= end_pfn)
6408                                 continue;
6409
6410                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6411                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6412                                 unsigned long kernel_pages;
6413                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6414                                                                 - start_pfn;
6415
6416                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6417                                                         kernelcore_remaining);
6418                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6419                                                         required_kernelcore);
6420
6421                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6422                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6423
6424                                         /*
6425                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6426                                          * that if we have to rebalance
6427                                          * kernelcore across nodes, we will
6428                                          * not double account here
6429                                          */
6430                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6431                                         continue;
6432                                 }
6433                                 start_pfn = usable_startpfn;
6434                         }
6435
6436                         /*
6437                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6438                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6439                          * number of pages used as kernelcore
6440                          */
6441                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6442                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6443                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6444                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6445
6446                         /*
6447                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6448                          * break if the kernelcore for this node has been
6449                          * satisfied
6450                          */
6451                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6452                                                                 size_pages);
6453                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6454                         if (!kernelcore_remaining)
6455                                 break;
6456                 }
6457         }
6458
6459         /*
6460          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6461          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6462          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6463          * satisfied
6464          */
6465         usable_nodes--;
6466         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6467                 goto restart;
6468
6469 out2:
6470         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6471         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6472                 zone_movable_pfn[nid] =
6473                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6474
6475 out:
6476         /* restore the node_state */
6477         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6478 }
6479
6480 /* Any regular or high memory on that node ? */
6481 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6482 {
6483         enum zone_type zone_type;
6484
6485         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6486                 return;
6487
6488         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6489                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6490                 if (populated_zone(zone)) {
6491                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6492                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6493                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6494                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6495                         break;
6496                 }
6497         }
6498 }
6499
6500 /**
6501  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6502  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6503  *
6504  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6505  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6506  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6507  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6508  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6509  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6510  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6511  * at arch_max_dma_pfn.
6512  */
6513 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6514 {
6515         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6516         int i, nid;
6517
6518         /* Record where the zone boundaries are */
6519         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6520                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6521         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6522                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6523
6524         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6525
6526         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6527                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6528                         continue;
6529
6530                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6531                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6532                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6533
6534                 start_pfn = end_pfn;
6535         }
6536
6537         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6538         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6539         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6540
6541         /* Print out the zone ranges */
6542         pr_info("Zone ranges:\n");
6543         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6544                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6545                         continue;
6546                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6547                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6548                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6549                         pr_cont("empty\n");
6550                 else
6551                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6552                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6553                                         << PAGE_SHIFT,
6554                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6555                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6556         }
6557
6558         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6559         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6560         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6561                 if (zone_movable_pfn[i])
6562                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6563                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6564         }
6565
6566         /* Print out the early node map */
6567         pr_info("Early memory node ranges\n");
6568         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6569                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6570                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6571                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6572
6573         /* Initialise every node */
6574         mminit_verify_pageflags_layout();
6575         setup_nr_node_ids();
6576         for_each_online_node(nid) {
6577                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6578                 free_area_init_node(nid, NULL,
6579                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6580
6581                 /* Any memory on that node */
6582                 if (pgdat->node_present_pages)
6583                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6584                 check_for_memory(pgdat, nid);
6585         }
6586 }
6587
6588 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6589 {
6590         unsigned long long coremem;
6591         if (!p)
6592                 return -EINVAL;
6593
6594         coremem = memparse(p, &p);
6595         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6596
6597         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6598         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6599
6600         return 0;
6601 }
6602
6603 /*
6604  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6605  * cannot be reclaimed or migrated.
6606  */
6607 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6608 {
6609         /* parse kernelcore=mirror */
6610         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6611                 mirrored_kernelcore = true;
6612                 return 0;
6613         }
6614
6615         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6616 }
6617
6618 /*
6619  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6620  * can be reclaimed or migrated.
6621  */
6622 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6623 {
6624         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6625 }
6626
6627 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6628 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6629
6630 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6631
6632 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6633 {
6634         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6635         page_zone(page)->managed_pages += count;
6636         totalram_pages += count;
6637 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6638         if (PageHighMem(page))
6639                 totalhigh_pages += count;
6640 #endif
6641         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6642 }
6643 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6644
6645 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6646 {
6647         void *pos;
6648         unsigned long pages = 0;
6649
6650         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6651         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6652         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6653                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6654                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6655                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6656         }
6657
6658         if (pages && s)
6659                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6660                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6661
6662         return pages;
6663 }
6664 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6665
6666 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6667 void free_highmem_page(struct page *page)
6668 {
6669         __free_reserved_page(page);
6670         totalram_pages++;
6671         page_zone(page)->managed_pages++;
6672         totalhigh_pages++;
6673 }
6674 #endif
6675
6676
6677 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6678 {
6679         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6680         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6681
6682         physpages = get_num_physpages();
6683         codesize = _etext - _stext;
6684         datasize = _edata - _sdata;
6685         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6686         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6687         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6688         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6689
6690         /*
6691          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6692          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6693          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6694          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6695          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6696          */
6697 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6698         do { \
6699                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6700                         size -= adj; \
6701         } while (0)
6702
6703         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6704                      _sinittext, init_code_size);
6705         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6706         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6707         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6708         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6709
6710 #undef  adj_init_size
6711
6712         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6713 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6714                 ", %luK highmem"
6715 #endif
6716                 "%s%s)\n",
6717                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6718                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6719                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6720                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6721                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6722                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6723 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6724                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6725 #endif
6726                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6727 }
6728
6729 /**
6730  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6731  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6732  *
6733  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6734  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6735  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6736  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6737  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6738  * smaller per-cpu batchsize.
6739  */
6740 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6741 {
6742         dma_reserve = new_dma_reserve;
6743 }
6744
6745 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6746 {
6747         free_area_init_node(0, zones_size,
6748                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6749 }
6750
6751 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6752 {
6753
6754         lru_add_drain_cpu(cpu);
6755         drain_pages(cpu);
6756
6757         /*
6758          * Spill the event counters of the dead processor
6759          * into the current processors event counters.
6760          * This artificially elevates the count of the current
6761          * processor.
6762          */
6763         vm_events_fold_cpu(cpu);
6764
6765         /*
6766          * Zero the differential counters of the dead processor
6767          * so that the vm statistics are consistent.
6768          *
6769          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6770          * race with what we are doing.
6771          */
6772         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6773         return 0;
6774 }
6775
6776 void __init page_alloc_init(void)
6777 {
6778         int ret;
6779
6780         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6781                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6782                                         page_alloc_cpu_dead);
6783         WARN_ON(ret < 0);
6784 }
6785
6786 /*
6787  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6788  *      or min_free_kbytes changes.
6789  */
6790 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6791 {
6792         struct pglist_data *pgdat;
6793         unsigned long reserve_pages = 0;
6794         enum zone_type i, j;
6795
6796         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6797
6798                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6799
6800                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6801                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6802                         long max = 0;
6803
6804                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6805                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6806                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6807                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6808                         }
6809
6810                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6811                         max += high_wmark_pages(zone);
6812
6813                         if (max > zone->managed_pages)
6814                                 max = zone->managed_pages;
6815
6816                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6817
6818                         reserve_pages += max;
6819                 }
6820         }
6821         totalreserve_pages = reserve_pages;
6822 }
6823
6824 /*
6825  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6826  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6827  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6828  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6829  */
6830 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6831 {
6832         struct pglist_data *pgdat;
6833         enum zone_type j, idx;
6834
6835         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6836                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6837                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6838                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6839
6840                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6841
6842                         idx = j;
6843                         while (idx) {
6844                                 struct zone *lower_zone;
6845
6846                                 idx--;
6847
6848                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6849                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6850
6851                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6852                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6853                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6854                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6855                         }
6856                 }
6857         }
6858
6859         /* update totalreserve_pages */
6860         calculate_totalreserve_pages();
6861 }
6862
6863 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6864 {
6865         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6866         unsigned long lowmem_pages = 0;
6867         struct zone *zone;
6868         unsigned long flags;
6869
6870         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6871         for_each_zone(zone) {
6872                 if (!is_highmem(zone))
6873                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6874         }
6875
6876         for_each_zone(zone) {
6877                 u64 tmp;
6878
6879                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6880                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6881                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6882                 if (is_highmem(zone)) {
6883                         /*
6884                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6885                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6886                          * value here.
6887                          *
6888                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6889                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6890                          * not be capped for highmem.
6891                          */
6892                         unsigned long min_pages;
6893
6894                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6895                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6896                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6897                 } else {
6898                         /*
6899                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6900                          * proportionate to the zone's size.
6901                          */
6902                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6903                 }
6904
6905                 /*
6906                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6907                  * scale factor in proportion to available memory, but
6908                  * ensure a minimum size on small systems.
6909                  */
6910                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6911                             mult_frac(zone->managed_pages,
6912                                       watermark_scale_factor, 10000));
6913
6914                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6915                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6916
6917                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6918         }
6919
6920         /* update totalreserve_pages */
6921         calculate_totalreserve_pages();
6922 }
6923
6924 /**
6925  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6926  * or when memory is hot-{added|removed}
6927  *
6928  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6929  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6930  */
6931 void setup_per_zone_wmarks(void)
6932 {
6933         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6934         __setup_per_zone_wmarks();
6935         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6936 }
6937
6938 /*
6939  * Initialise min_free_kbytes.
6940  *
6941  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6942  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6943  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6944  *
6945  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6946  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6947  *
6948  * which yields
6949  *
6950  * 16MB:        512k
6951  * 32MB:        724k
6952  * 64MB:        1024k
6953  * 128MB:       1448k
6954  * 256MB:       2048k
6955  * 512MB:       2896k
6956  * 1024MB:      4096k
6957  * 2048MB:      5792k
6958  * 4096MB:      8192k
6959  * 8192MB:      11584k
6960  * 16384MB:     16384k
6961  */
6962 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6963 {
6964         unsigned long lowmem_kbytes;
6965         int new_min_free_kbytes;
6966
6967         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6968         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6969
6970         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6971                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6972                 if (min_free_kbytes < 128)
6973                         min_free_kbytes = 128;
6974                 if (min_free_kbytes > 65536)
6975                         min_free_kbytes = 65536;
6976         } else {
6977                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6978                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6979         }
6980         setup_per_zone_wmarks();
6981         refresh_zone_stat_thresholds();
6982         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6983
6984 #ifdef CONFIG_NUMA
6985         setup_min_unmapped_ratio();
6986         setup_min_slab_ratio();
6987 #endif
6988
6989         return 0;
6990 }
6991 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6992
6993 /*
6994  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6995  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6996  *      changes.
6997  */
6998 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6999         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7000 {
7001         int rc;
7002
7003         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7004         if (rc)
7005                 return rc;
7006
7007         if (write) {
7008                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7009                 setup_per_zone_wmarks();
7010         }
7011         return 0;
7012 }
7013
7014 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7015         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7016 {
7017         int rc;
7018
7019         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7020         if (rc)
7021                 return rc;
7022
7023         if (write)
7024                 setup_per_zone_wmarks();
7025
7026         return 0;
7027 }
7028
7029 #ifdef CONFIG_NUMA
7030 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7031 {
7032         pg_data_t *pgdat;
7033         struct zone *zone;
7034
7035         for_each_online_pgdat(pgdat)
7036                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7037
7038         for_each_zone(zone)
7039                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7040                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7041 }
7042
7043
7044 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7045         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7046 {
7047         int rc;
7048
7049         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7050         if (rc)
7051                 return rc;
7052
7053         setup_min_unmapped_ratio();
7054
7055         return 0;
7056 }
7057
7058 static void setup_min_slab_ratio(void)
7059 {
7060         pg_data_t *pgdat;
7061         struct zone *zone;
7062
7063         for_each_online_pgdat(pgdat)
7064                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7065
7066         for_each_zone(zone)
7067                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7068                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7069 }
7070
7071 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7072         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7073 {
7074         int rc;
7075
7076         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7077         if (rc)
7078                 return rc;
7079
7080         setup_min_slab_ratio();
7081
7082         return 0;
7083 }
7084 #endif
7085
7086 /*
7087  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7088  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7089  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7090  *
7091  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7092  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7093  * if in function of the boot time zone sizes.
7094  */
7095 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7096         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7097 {
7098         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7099         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7100         return 0;
7101 }
7102
7103 /*
7104  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7105  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7106  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7107  */
7108 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7109         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7110 {
7111         struct zone *zone;
7112         int old_percpu_pagelist_fraction;
7113         int ret;
7114
7115         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7116         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7117
7118         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7119         if (!write || ret < 0)
7120                 goto out;
7121
7122         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7123         if (percpu_pagelist_fraction &&
7124             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7125                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7126                 ret = -EINVAL;
7127                 goto out;
7128         }
7129
7130         /* No change? */
7131         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7132                 goto out;
7133
7134         for_each_populated_zone(zone) {
7135                 unsigned int cpu;
7136
7137                 for_each_possible_cpu(cpu)
7138                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7139                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7140         }
7141 out:
7142         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7143         return ret;
7144 }
7145
7146 #ifdef CONFIG_NUMA
7147 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7148
7149 static int __init set_hashdist(char *str)
7150 {
7151         if (!str)
7152                 return 0;
7153         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7154         return 1;
7155 }
7156 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7157 #endif
7158
7159 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7160 /*
7161  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7162  * is not known to alloc_large_system_hash().
7163  */
7164 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7165 {
7166         return 0;
7167 }
7168 #endif
7169
7170 /*
7171  * allocate a large system hash table from bootmem
7172  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7173  *   quantity of entries
7174  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7175  */
7176 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7177                                      unsigned long bucketsize,
7178                                      unsigned long numentries,
7179                                      int scale,
7180                                      int flags,
7181                                      unsigned int *_hash_shift,
7182                                      unsigned int *_hash_mask,
7183                                      unsigned long low_limit,
7184                                      unsigned long high_limit)
7185 {
7186         unsigned long long max = high_limit;
7187         unsigned long log2qty, size;
7188         void *table = NULL;
7189
7190         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7191         if (!numentries) {
7192                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7193                 numentries = nr_kernel_pages;
7194                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7195
7196                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7197                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7198                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7199
7200                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7201                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7202                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7203                 else
7204                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7205
7206                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7207                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7208                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7209                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7210                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7211                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7212                                 BUG_ON(!numentries);
7213                         }
7214                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7215                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7216         }
7217         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7218
7219         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7220         if (max == 0) {
7221                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7222                 do_div(max, bucketsize);
7223         }
7224         max = min(max, 0x80000000ULL);
7225
7226         if (numentries < low_limit)
7227                 numentries = low_limit;
7228         if (numentries > max)
7229                 numentries = max;
7230
7231         log2qty = ilog2(numentries);
7232
7233         do {
7234                 size = bucketsize << log2qty;
7235                 if (flags & HASH_EARLY)
7236                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7237                 else if (hashdist)
7238                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7239                 else {
7240                         /*
7241                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7242                          * some pages at the end of hash table which
7243                          * alloc_pages_exact() automatically does
7244                          */
7245                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7246                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7247                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7248                         }
7249                 }
7250         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7251
7252         if (!table)
7253                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7254
7255         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7256                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7257
7258         if (_hash_shift)
7259                 *_hash_shift = log2qty;
7260         if (_hash_mask)
7261                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7262
7263         return table;
7264 }
7265
7266 /*
7267  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7268  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7269  *
7270  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7271  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7272  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7273  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7274  */
7275 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7276                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7277 {
7278         unsigned long pfn, iter, found;
7279         int mt;
7280
7281         /*
7282          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7283          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7284          */
7285         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7286                 return false;
7287         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7288         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7289                 return false;
7290
7291         pfn = page_to_pfn(page);
7292         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7293                 unsigned long check = pfn + iter;
7294
7295                 if (!pfn_valid_within(check))
7296                         continue;
7297
7298                 page = pfn_to_page(check);
7299
7300                 /*
7301                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7302                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7303                  * handle each tail page individually in migration.
7304                  */
7305                 if (PageHuge(page)) {
7306                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7307                         continue;
7308                 }
7309
7310                 /*
7311                  * We can't use page_count without pin a page
7312                  * because another CPU can free compound page.
7313                  * This check already skips compound tails of THP
7314                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7315                  */
7316                 if (!page_ref_count(page)) {
7317                         if (PageBuddy(page))
7318                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7319                         continue;
7320                 }
7321
7322                 /*
7323                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7324                  * page_count() is not 0.
7325                  */
7326                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7327                         continue;
7328
7329                 if (__PageMovable(page))
7330                         continue;
7331
7332                 if (!PageLRU(page))
7333                         found++;
7334                 /*
7335                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7336                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7337                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7338                  */
7339                 /*
7340                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7341                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7342                  *
7343                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7344                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7345                  * page at boot.
7346                  */
7347                 if (found > count)
7348                         return true;
7349         }
7350         return false;
7351 }
7352
7353 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7354 {
7355         struct zone *zone;
7356         unsigned long pfn;
7357
7358         /*
7359          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7360          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7361          * the zone but still within the section.
7362          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7363          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7364          */
7365         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7366                 return false;
7367
7368         zone = page_zone(page);
7369         pfn = page_to_pfn(page);
7370         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7371                 return false;
7372
7373         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7374 }
7375
7376 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7377
7378 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7379 {
7380         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7381                              pageblock_nr_pages) - 1);
7382 }
7383
7384 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7385 {
7386         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7387                                 pageblock_nr_pages));
7388 }
7389
7390 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7391 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7392                                         unsigned long start, unsigned long end)
7393 {
7394         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7395         unsigned long nr_reclaimed;
7396         unsigned long pfn = start;
7397         unsigned int tries = 0;
7398         int ret = 0;
7399
7400         migrate_prep();
7401
7402         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7403                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7404                         ret = -EINTR;
7405                         break;
7406                 }
7407
7408                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7409                         cc->nr_migratepages = 0;
7410                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7411                         if (!pfn) {
7412                                 ret = -EINTR;
7413                                 break;
7414                         }
7415                         tries = 0;
7416                 } else if (++tries == 5) {
7417                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7418                         break;
7419                 }
7420
7421                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7422                                                         &cc->migratepages);
7423                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7424
7425                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7426                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7427         }
7428         if (ret < 0) {
7429                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7430                 return ret;
7431         }
7432         return 0;
7433 }
7434
7435 /**
7436  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7437  * @start:      start PFN to allocate
7438  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7439  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7440  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7441  *                      in range must have the same migratetype and it must
7442  *                      be either of the two.
7443  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7444  *
7445  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7446  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7447  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7448  * pages fall in.
7449  *
7450  * The PFN range must belong to a single zone.
7451  *
7452  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7453  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7454  * need to be freed with free_contig_range().
7455  */
7456 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7457                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7458 {
7459         unsigned long outer_start, outer_end;
7460         unsigned int order;
7461         int ret = 0;
7462
7463         struct compact_control cc = {
7464                 .nr_migratepages = 0,
7465                 .order = -1,
7466                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7467                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7468                 .ignore_skip_hint = true,
7469                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7470         };
7471         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7472
7473         /*
7474          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7475          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7476          * have different sizes, and due to the way page allocator
7477          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7478          * that page allocator won't try to merge buddies from
7479          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7480          * other migration type.
7481          *
7482          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7483          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7484          * we are interested in).  This will put all the pages in
7485          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7486          *
7487          * When this is done, we take the pages in range from page
7488          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7489          * page allocator will never consider using them.
7490          *
7491          * This lets us mark the pageblocks back as
7492          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7493          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7494          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7495          */
7496
7497         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7498                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7499                                        false);
7500         if (ret)
7501                 return ret;
7502
7503         /*
7504          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7505          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7506          */
7507         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7508         if (ret && ret != -EBUSY)
7509                 goto done;
7510
7511         /*
7512          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7513          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7514          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7515          * What we are going to do is to allocate all pages from
7516          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7517          *
7518          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7519          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7520          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7521          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7522          * once this is done free the pages we are not interested in.
7523          *
7524          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7525          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7526          */
7527
7528         lru_add_drain_all();
7529         drain_all_pages(cc.zone);
7530
7531         order = 0;
7532         outer_start = start;
7533         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7534                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7535                         outer_start = start;
7536                         break;
7537                 }
7538                 outer_start &= ~0UL << order;
7539         }
7540
7541         if (outer_start != start) {
7542                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7543
7544                 /*
7545                  * outer_start page could be small order buddy page and
7546                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7547                  * in this case to report failed page properly
7548                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7549                  */
7550                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7551                         outer_start = start;
7552         }
7553
7554         /* Make sure the range is really isolated. */
7555         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7556                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7557                         __func__, outer_start, end);
7558                 ret = -EBUSY;
7559                 goto done;
7560         }
7561
7562         /* Grab isolated pages from freelists. */
7563         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7564         if (!outer_end) {
7565                 ret = -EBUSY;
7566                 goto done;
7567         }
7568
7569         /* Free head and tail (if any) */
7570         if (start != outer_start)
7571                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7572         if (end != outer_end)
7573                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7574
7575 done:
7576         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7577                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7578         return ret;
7579 }
7580
7581 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7582 {
7583         unsigned int count = 0;
7584
7585         for (; nr_pages--; pfn++) {
7586                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7587
7588                 count += page_count(page) != 1;
7589                 __free_page(page);
7590         }
7591         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7592 }
7593 #endif
7594
7595 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7596 /*
7597  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7598  * page high values need to be recalulated.
7599  */
7600 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7601 {
7602         unsigned cpu;
7603         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7604         for_each_possible_cpu(cpu)
7605                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7606                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7607         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7608 }
7609 #endif
7610
7611 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7612 {
7613         unsigned long flags;
7614         int cpu;
7615         struct per_cpu_pageset *pset;
7616
7617         /* avoid races with drain_pages()  */
7618         local_irq_save(flags);
7619         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7620                 for_each_online_cpu(cpu) {
7621                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7622                         drain_zonestat(zone, pset);
7623                 }
7624                 free_percpu(zone->pageset);
7625                 zone->pageset = &boot_pageset;
7626         }
7627         local_irq_restore(flags);
7628 }
7629
7630 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7631 /*
7632  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7633  * before calling this.
7634  */
7635 void
7636 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7637 {
7638         struct page *page;
7639         struct zone *zone;
7640         unsigned int order, i;
7641         unsigned long pfn;
7642         unsigned long flags;
7643         /* find the first valid pfn */
7644         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7645                 if (pfn_valid(pfn))
7646                         break;
7647         if (pfn == end_pfn)
7648                 return;
7649         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7650         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7651         pfn = start_pfn;
7652         while (pfn < end_pfn) {
7653                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7654                         pfn++;
7655                         continue;
7656                 }
7657                 page = pfn_to_page(pfn);
7658                 /*
7659                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7660                  * page_count() is not 0.
7661                  */
7662                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7663                         pfn++;
7664                         SetPageReserved(page);
7665                         continue;
7666                 }
7667
7668                 BUG_ON(page_count(page));
7669                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7670                 order = page_order(page);
7671 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7672                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7673                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7674 #endif
7675                 list_del(&page->lru);
7676                 rmv_page_order(page);
7677                 zone->free_area[order].nr_free--;
7678                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7679                         SetPageReserved((page+i));
7680                 pfn += (1 << order);
7681         }
7682         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7683 }
7684 #endif
7685
7686 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7687 {
7688         struct zone *zone = page_zone(page);
7689         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7690         unsigned long flags;
7691         unsigned int order;
7692
7693         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7694         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7695                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7696
7697                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7698                         break;
7699         }
7700         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7701
7702         return order < MAX_ORDER;
7703 }