Merge branch 'acpica'
[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
69 #include <asm/sections.h>
70 #include <asm/tlbflush.h>
71 #include <asm/div64.h>
72 #include "internal.h"
73
74 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
75 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
76 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
77
78 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
79 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
80 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
81 #endif
82
83 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
84 /*
85  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
86  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
87  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
88  * defined in <linux/topology.h>.
89  */
90 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
91 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
92 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
93 #endif
94
95 /* work_structs for global per-cpu drains */
96 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
97 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
98
99 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
100 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
101 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
102 #endif
103
104 /*
105  * Array of node states.
106  */
107 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
108         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
109         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
110 #ifndef CONFIG_NUMA
111         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
112 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
113         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
114 #endif
115 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
116         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #endif
118         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
119 #endif  /* NUMA */
120 };
121 EXPORT_SYMBOL(node_states);
122
123 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
124 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
125
126 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
127 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
129
130 int percpu_pagelist_fraction;
131 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
132
133 /*
134  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
135  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
136  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
137  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
138  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
139  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
140  */
141 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
142 {
143         return page->index;
144 }
145
146 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
147 {
148         page->index = migratetype;
149 }
150
151 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
152 /*
153  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
154  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
155  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
156  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
157  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
158  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
159  */
160
161 static gfp_t saved_gfp_mask;
162
163 void pm_restore_gfp_mask(void)
164 {
165         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
166         if (saved_gfp_mask) {
167                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
168                 saved_gfp_mask = 0;
169         }
170 }
171
172 void pm_restrict_gfp_mask(void)
173 {
174         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
175         WARN_ON(saved_gfp_mask);
176         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
177         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
178 }
179
180 bool pm_suspended_storage(void)
181 {
182         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
183                 return false;
184         return true;
185 }
186 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
187
188 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
189 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
190 #endif
191
192 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
193
194 /*
195  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
196  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
197  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
198  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
199  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
200  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
201  *
202  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
203  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
204  */
205 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
206 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
207          256,
208 #endif
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
210          256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
213          32,
214 #endif
215          32,
216 };
217
218 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
219
220 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
222          "DMA",
223 #endif
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
225          "DMA32",
226 #endif
227          "Normal",
228 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
229          "HighMem",
230 #endif
231          "Movable",
232 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
233          "Device",
234 #endif
235 };
236
237 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
238         "Unmovable",
239         "Movable",
240         "Reclaimable",
241         "HighAtomic",
242 #ifdef CONFIG_CMA
243         "CMA",
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
246         "Isolate",
247 #endif
248 };
249
250 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
251         NULL,
252         free_compound_page,
253 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
254         free_huge_page,
255 #endif
256 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
257         free_transhuge_page,
258 #endif
259 };
260
261 int min_free_kbytes = 1024;
262 int user_min_free_kbytes = -1;
263 int watermark_scale_factor = 10;
264
265 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
266 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
267 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
268
269 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
270 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
271 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
272 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
273 static unsigned long __initdata required_movablecore;
274 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
275 static bool mirrored_kernelcore;
276
277 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
278 int movable_zone;
279 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
280 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
281
282 #if MAX_NUMNODES > 1
283 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
284 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
285 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
286 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
287 #endif
288
289 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
290
291 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
292 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
293 {
294         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
295 }
296
297 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
298 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
299 {
300         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
301
302         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
303                 return true;
304
305         return false;
306 }
307
308 /*
309  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
310  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
311  */
312 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
313                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
314                                 unsigned long *nr_initialised)
315 {
316         unsigned long max_initialise;
317
318         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
319         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
320                 return true;
321         /*
322          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
323          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
324          */
325         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
326                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
327
328         (*nr_initialised)++;
329         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
330             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
331                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
332                 return false;
333         }
334
335         return true;
336 }
337 #else
338 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
339 {
340 }
341
342 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /*
526          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
527          * or allow a steady drip of one report per second.
528          */
529         if (nr_shown == 60) {
530                 if (time_before(jiffies, resume)) {
531                         nr_unshown++;
532                         goto out;
533                 }
534                 if (nr_unshown) {
535                         pr_alert(
536                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
537                                 nr_unshown);
538                         nr_unshown = 0;
539                 }
540                 nr_shown = 0;
541         }
542         if (nr_shown++ == 0)
543                 resume = jiffies + 60 * HZ;
544
545         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
546                 current->comm, page_to_pfn(page));
547         __dump_page(page, reason);
548         bad_flags &= page->flags;
549         if (bad_flags)
550                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
551                                                 bad_flags, &bad_flags);
552         dump_page_owner(page);
553
554         print_modules();
555         dump_stack();
556 out:
557         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
558         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
559         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
560 }
561
562 /*
563  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
564  *
565  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
566  *
567  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
568  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
569  *
570  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
571  * page destructors. See compound_page_dtors.
572  *
573  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
574  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
575  */
576
577 void free_compound_page(struct page *page)
578 {
579         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
580 }
581
582 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
583 {
584         int i;
585         int nr_pages = 1 << order;
586
587         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
588         set_compound_order(page, order);
589         __SetPageHead(page);
590         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
591                 struct page *p = page + i;
592                 set_page_count(p, 0);
593                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
594                 set_compound_head(p, page);
595         }
596         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
597 }
598
599 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
600 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
601 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
602                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
603 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
604 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
605
606 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
607 {
608         if (!buf)
609                 return -EINVAL;
610         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
611 }
612 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
613
614 static bool need_debug_guardpage(void)
615 {
616         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
617         if (!debug_pagealloc_enabled())
618                 return false;
619
620         if (!debug_guardpage_minorder())
621                 return false;
622
623         return true;
624 }
625
626 static void init_debug_guardpage(void)
627 {
628         if (!debug_pagealloc_enabled())
629                 return;
630
631         if (!debug_guardpage_minorder())
632                 return;
633
634         _debug_guardpage_enabled = true;
635 }
636
637 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
638         .need = need_debug_guardpage,
639         .init = init_debug_guardpage,
640 };
641
642 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
643 {
644         unsigned long res;
645
646         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
647                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
648                 return 0;
649         }
650         _debug_guardpage_minorder = res;
651         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
652         return 0;
653 }
654 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
655
656 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
657                                 unsigned int order, int migratetype)
658 {
659         struct page_ext *page_ext;
660
661         if (!debug_guardpage_enabled())
662                 return false;
663
664         if (order >= debug_guardpage_minorder())
665                 return false;
666
667         page_ext = lookup_page_ext(page);
668         if (unlikely(!page_ext))
669                 return false;
670
671         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
672
673         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
674         set_page_private(page, order);
675         /* Guard pages are not available for any usage */
676         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
677
678         return true;
679 }
680
681 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
682                                 unsigned int order, int migratetype)
683 {
684         struct page_ext *page_ext;
685
686         if (!debug_guardpage_enabled())
687                 return;
688
689         page_ext = lookup_page_ext(page);
690         if (unlikely(!page_ext))
691                 return;
692
693         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
694
695         set_page_private(page, 0);
696         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
697                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
698 }
699 #else
700 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
701 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
702                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
703 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
704                                 unsigned int order, int migratetype) {}
705 #endif
706
707 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
708 {
709         set_page_private(page, order);
710         __SetPageBuddy(page);
711 }
712
713 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
714 {
715         __ClearPageBuddy(page);
716         set_page_private(page, 0);
717 }
718
719 /*
720  * This function checks whether a page is free && is the buddy
721  * we can do coalesce a page and its buddy if
722  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
723  * (b) the buddy is in the buddy system &&
724  * (c) a page and its buddy have the same order &&
725  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
726  *
727  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
728  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
729  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
730  * serialized by zone->lock.
731  *
732  * For recording page's order, we use page_private(page).
733  */
734 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
735                                                         unsigned int order)
736 {
737         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
738                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
739                         return 0;
740
741                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
742
743                 return 1;
744         }
745
746         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
747                 /*
748                  * zone check is done late to avoid uselessly
749                  * calculating zone/node ids for pages that could
750                  * never merge.
751                  */
752                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
753                         return 0;
754
755                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
756
757                 return 1;
758         }
759         return 0;
760 }
761
762 /*
763  * Freeing function for a buddy system allocator.
764  *
765  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
766  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
767  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
768  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
769  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
770  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
771  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
772  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
773  * parts of the VM system.
774  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
775  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
776  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
777  * field.
778  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
779  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
780  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
781  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
782  * triggers coalescing into a block of larger size.
783  *
784  * -- nyc
785  */
786
787 static inline void __free_one_page(struct page *page,
788                 unsigned long pfn,
789                 struct zone *zone, unsigned int order,
790                 int migratetype)
791 {
792         unsigned long combined_pfn;
793         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
794         struct page *buddy;
795         unsigned int max_order;
796
797         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
798
799         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
800         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
801
802         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
803         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
804                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
805
806         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
807         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
808
809 continue_merging:
810         while (order < max_order - 1) {
811                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
812                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
813
814                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
815                         goto done_merging;
816                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
817                         goto done_merging;
818                 /*
819                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
820                  * merge with it and move up one order.
821                  */
822                 if (page_is_guard(buddy)) {
823                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
824                 } else {
825                         list_del(&buddy->lru);
826                         zone->free_area[order].nr_free--;
827                         rmv_page_order(buddy);
828                 }
829                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
830                 page = page + (combined_pfn - pfn);
831                 pfn = combined_pfn;
832                 order++;
833         }
834         if (max_order < MAX_ORDER) {
835                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
836                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
837                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
838                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
839                  *
840                  * We don't want to hit this code for the more frequent
841                  * low-order merging.
842                  */
843                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
844                         int buddy_mt;
845
846                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
847                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
848                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
849
850                         if (migratetype != buddy_mt
851                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
852                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
853                                 goto done_merging;
854                 }
855                 max_order++;
856                 goto continue_merging;
857         }
858
859 done_merging:
860         set_page_order(page, order);
861
862         /*
863          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
864          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
865          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
866          * that is happening, add the free page to the tail of the list
867          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
868          * as a higher order page
869          */
870         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
871                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
872                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
873                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
874                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
875                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
876                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
877                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
878                         list_add_tail(&page->lru,
879                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
880                         goto out;
881                 }
882         }
883
884         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
885 out:
886         zone->free_area[order].nr_free++;
887 }
888
889 /*
890  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
891  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
892  * check if necessary.
893  */
894 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
895                                         unsigned long check_flags)
896 {
897         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
898                 return false;
899
900         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
901                         page_ref_count(page) |
902 #ifdef CONFIG_MEMCG
903                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
904 #endif
905                         (page->flags & check_flags)))
906                 return false;
907
908         return true;
909 }
910
911 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
912 {
913         const char *bad_reason;
914         unsigned long bad_flags;
915
916         bad_reason = NULL;
917         bad_flags = 0;
918
919         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
920                 bad_reason = "nonzero mapcount";
921         if (unlikely(page->mapping != NULL))
922                 bad_reason = "non-NULL mapping";
923         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
924                 bad_reason = "nonzero _refcount";
925         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
926                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
927                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
928         }
929 #ifdef CONFIG_MEMCG
930         if (unlikely(page->mem_cgroup))
931                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
932 #endif
933         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
934 }
935
936 static inline int free_pages_check(struct page *page)
937 {
938         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
939                 return 0;
940
941         /* Something has gone sideways, find it */
942         free_pages_check_bad(page);
943         return 1;
944 }
945
946 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
947 {
948         int ret = 1;
949
950         /*
951          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
952          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
953          */
954         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
955
956         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
957                 ret = 0;
958                 goto out;
959         }
960         switch (page - head_page) {
961         case 1:
962                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
963                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
964                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
965                         goto out;
966                 }
967                 break;
968         case 2:
969                 /*
970                  * the second tail page: ->mapping is
971                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
972                  */
973                 break;
974         default:
975                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
976                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
977                         goto out;
978                 }
979                 break;
980         }
981         if (unlikely(!PageTail(page))) {
982                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
983                 goto out;
984         }
985         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
986                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
987                 goto out;
988         }
989         ret = 0;
990 out:
991         page->mapping = NULL;
992         clear_compound_head(page);
993         return ret;
994 }
995
996 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
997                                         unsigned int order, bool check_free)
998 {
999         int bad = 0;
1000
1001         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1002
1003         trace_mm_page_free(page, order);
1004         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1005
1006         /*
1007          * Check tail pages before head page information is cleared to
1008          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1009          */
1010         if (unlikely(order)) {
1011                 bool compound = PageCompound(page);
1012                 int i;
1013
1014                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1015
1016                 if (compound)
1017                         ClearPageDoubleMap(page);
1018                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1019                         if (compound)
1020                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1021                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1022                                 bad++;
1023                                 continue;
1024                         }
1025                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1026                 }
1027         }
1028         if (PageMappingFlags(page))
1029                 page->mapping = NULL;
1030         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1031                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1032         if (check_free)
1033                 bad += free_pages_check(page);
1034         if (bad)
1035                 return false;
1036
1037         page_cpupid_reset_last(page);
1038         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1039         reset_page_owner(page, order);
1040
1041         if (!PageHighMem(page)) {
1042                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1043                                            PAGE_SIZE << order);
1044                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1045                                            PAGE_SIZE << order);
1046         }
1047         arch_free_page(page, order);
1048         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1049         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kasan_free_pages(page, order);
1051
1052         return true;
1053 }
1054
1055 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1056 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1057 {
1058         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1059 }
1060
1061 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1062 {
1063         return false;
1064 }
1065 #else
1066 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1067 {
1068         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1069 }
1070
1071 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1072 {
1073         return free_pages_check(page);
1074 }
1075 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1076
1077 /*
1078  * Frees a number of pages from the PCP lists
1079  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1080  * count is the number of pages to free.
1081  *
1082  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1083  * see if this freeing clears that state.
1084  *
1085  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1086  * pinned" detection logic.
1087  */
1088 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1089                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1090 {
1091         int migratetype = 0;
1092         int batch_free = 0;
1093         unsigned long nr_scanned;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock(&zone->lock);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1099         if (nr_scanned)
1100                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1101
1102         while (count) {
1103                 struct page *page;
1104                 struct list_head *list;
1105
1106                 /*
1107                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1108                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1109                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1110                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1111                  * lists
1112                  */
1113                 do {
1114                         batch_free++;
1115                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1116                                 migratetype = 0;
1117                         list = &pcp->lists[migratetype];
1118                 } while (list_empty(list));
1119
1120                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1121                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1122                         batch_free = count;
1123
1124                 do {
1125                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1126
1127                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1128                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1129                         list_del(&page->lru);
1130
1131                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1132                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1133                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1134                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1135                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1136                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1137
1138                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1139                                 continue;
1140
1141                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1142                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1143                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1144         }
1145         spin_unlock(&zone->lock);
1146 }
1147
1148 static void free_one_page(struct zone *zone,
1149                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1150                                 unsigned int order,
1151                                 int migratetype)
1152 {
1153         unsigned long nr_scanned;
1154         spin_lock(&zone->lock);
1155         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1156         if (nr_scanned)
1157                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1158
1159         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1160                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1161                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1162         }
1163         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1164         spin_unlock(&zone->lock);
1165 }
1166
1167 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1168                                 unsigned long zone, int nid)
1169 {
1170         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1171         init_page_count(page);
1172         page_mapcount_reset(page);
1173         page_cpupid_reset_last(page);
1174
1175         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1176 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1177         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1178         if (!is_highmem_idx(zone))
1179                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1180 #endif
1181 }
1182
1183 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1184                                         int nid)
1185 {
1186         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1187 }
1188
1189 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1190 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1191 {
1192         pg_data_t *pgdat;
1193         int nid, zid;
1194
1195         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1196                 return;
1197
1198         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1199         pgdat = NODE_DATA(nid);
1200
1201         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1202                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1203
1204                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1205                         break;
1206         }
1207         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1208 }
1209 #else
1210 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1211 {
1212 }
1213 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1214
1215 /*
1216  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1217  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1218  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1219  * sent to the buddy page allocator.
1220  */
1221 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1222 {
1223         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1224         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1225
1226         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1227                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1228                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1229
1230                         init_reserved_page(start_pfn);
1231
1232                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1233                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1234
1235                         SetPageReserved(page);
1236                 }
1237         }
1238 }
1239
1240 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1241 {
1242         unsigned long flags;
1243         int migratetype;
1244         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1245
1246         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1247                 return;
1248
1249         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1250         local_irq_save(flags);
1251         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1252         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1253         local_irq_restore(flags);
1254 }
1255
1256 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1257 {
1258         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1259         struct page *p = page;
1260         unsigned int loop;
1261
1262         prefetchw(p);
1263         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1264                 prefetchw(p + 1);
1265                 __ClearPageReserved(p);
1266                 set_page_count(p, 0);
1267         }
1268         __ClearPageReserved(p);
1269         set_page_count(p, 0);
1270
1271         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1272         set_page_refcounted(page);
1273         __free_pages(page, order);
1274 }
1275
1276 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1277         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1278
1279 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1280
1281 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1282 {
1283         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1284         int nid;
1285
1286         spin_lock(&early_pfn_lock);
1287         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1288         if (nid < 0)
1289                 nid = first_online_node;
1290         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1291
1292         return nid;
1293 }
1294 #endif
1295
1296 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1297 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1298                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1299 {
1300         int nid;
1301
1302         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1303         if (nid >= 0 && nid != node)
1304                 return false;
1305         return true;
1306 }
1307
1308 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1309 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1310 {
1311         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1312 }
1313
1314 #else
1315
1316 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1317 {
1318         return true;
1319 }
1320 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1321                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1322 {
1323         return true;
1324 }
1325 #endif
1326
1327
1328 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1329                                                         unsigned int order)
1330 {
1331         if (early_page_uninitialised(pfn))
1332                 return;
1333         return __free_pages_boot_core(page, order);
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1338  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1339  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1340  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1341  * pageblocks.
1342  *
1343  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1344  *
1345  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1346  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1347  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1348  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1349  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1350  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1351  * page in a pageblock.
1352  */
1353 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1354                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1355 {
1356         struct page *start_page;
1357         struct page *end_page;
1358
1359         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1360         end_pfn--;
1361
1362         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1363                 return NULL;
1364
1365         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1366
1367         if (page_zone(start_page) != zone)
1368                 return NULL;
1369
1370         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1371
1372         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1373         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1374                 return NULL;
1375
1376         return start_page;
1377 }
1378
1379 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1380 {
1381         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1382         unsigned long block_end_pfn;
1383
1384         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1385         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1386                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1387                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1388
1389                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1390
1391                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1392                                              block_end_pfn, zone))
1393                         return;
1394         }
1395
1396         /* We confirm that there is no hole */
1397         zone->contiguous = true;
1398 }
1399
1400 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1401 {
1402         zone->contiguous = false;
1403 }
1404
1405 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1406 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1407                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1408 {
1409         int i;
1410
1411         if (!page)
1412                 return;
1413
1414         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1415         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1416             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1417                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1418                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1419                 return;
1420         }
1421
1422         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1423                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1424                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1425                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1426         }
1427 }
1428
1429 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1430 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1431 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1432
1433 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1434 {
1435         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1436                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1437 }
1438
1439 /* Initialise remaining memory on a node */
1440 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1441 {
1442         pg_data_t *pgdat = data;
1443         int nid = pgdat->node_id;
1444         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1445         unsigned long start = jiffies;
1446         unsigned long nr_pages = 0;
1447         unsigned long walk_start, walk_end;
1448         int i, zid;
1449         struct zone *zone;
1450         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1451         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1452
1453         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1454                 pgdat_init_report_one_done();
1455                 return 0;
1456         }
1457
1458         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1459         if (!cpumask_empty(cpumask))
1460                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1461
1462         /* Sanity check boundaries */
1463         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1464         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1465         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1466
1467         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1468         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1469                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1470                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1471                         break;
1472         }
1473
1474         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1475                 unsigned long pfn, end_pfn;
1476                 struct page *page = NULL;
1477                 struct page *free_base_page = NULL;
1478                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1479                 int nr_to_free = 0;
1480
1481                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1482                 pfn = first_init_pfn;
1483                 if (pfn < walk_start)
1484                         pfn = walk_start;
1485                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1486                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1487
1488                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1489                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1490                                 goto free_range;
1491
1492                         /*
1493                          * Ensure pfn_valid is checked every
1494                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1495                          */
1496                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1497                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1498                                         page = NULL;
1499                                         goto free_range;
1500                                 }
1501                         }
1502
1503                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1504                                 page = NULL;
1505                                 goto free_range;
1506                         }
1507
1508                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1509                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1510                                 page++;
1511                         } else {
1512                                 nr_pages += nr_to_free;
1513                                 deferred_free_range(free_base_page,
1514                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1515                                 free_base_page = NULL;
1516                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1517
1518                                 page = pfn_to_page(pfn);
1519                                 cond_resched();
1520                         }
1521
1522                         if (page->flags) {
1523                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1524                                 goto free_range;
1525                         }
1526
1527                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1528                         if (!free_base_page) {
1529                                 free_base_page = page;
1530                                 free_base_pfn = pfn;
1531                                 nr_to_free = 0;
1532                         }
1533                         nr_to_free++;
1534
1535                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1536                         continue;
1537 free_range:
1538                         /* Free the current block of pages to allocator */
1539                         nr_pages += nr_to_free;
1540                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1541                                                                 nr_to_free);
1542                         free_base_page = NULL;
1543                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1544                 }
1545                 /* Free the last block of pages to allocator */
1546                 nr_pages += nr_to_free;
1547                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1548
1549                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1550         }
1551
1552         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1553         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1554
1555         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1556                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1557
1558         pgdat_init_report_one_done();
1559         return 0;
1560 }
1561 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1562
1563 void __init page_alloc_init_late(void)
1564 {
1565         struct zone *zone;
1566
1567 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1568         int nid;
1569
1570         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1571         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1572         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1573                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1574         }
1575
1576         /* Block until all are initialised */
1577         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1578
1579         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1580         files_maxfiles_init();
1581 #endif
1582
1583         for_each_populated_zone(zone)
1584                 set_zone_contiguous(zone);
1585 }
1586
1587 #ifdef CONFIG_CMA
1588 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1589 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1590 {
1591         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1592         struct page *p = page;
1593
1594         do {
1595                 __ClearPageReserved(p);
1596                 set_page_count(p, 0);
1597         } while (++p, --i);
1598
1599         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1600
1601         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1602                 i = pageblock_nr_pages;
1603                 p = page;
1604                 do {
1605                         set_page_refcounted(p);
1606                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1607                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1608                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1609         } else {
1610                 set_page_refcounted(page);
1611                 __free_pages(page, pageblock_order);
1612         }
1613
1614         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1615 }
1616 #endif
1617
1618 /*
1619  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1620  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1621  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1622  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1623  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1624  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1625  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1626  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1627  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1628  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1629  *
1630  * -- nyc
1631  */
1632 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1633         int low, int high, struct free_area *area,
1634         int migratetype)
1635 {
1636         unsigned long size = 1 << high;
1637
1638         while (high > low) {
1639                 area--;
1640                 high--;
1641                 size >>= 1;
1642                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1643
1644                 /*
1645                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1646                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1647                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1648                  * pages will stay not present in virtual address space
1649                  */
1650                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1651                         continue;
1652
1653                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1654                 area->nr_free++;
1655                 set_page_order(&page[size], high);
1656         }
1657 }
1658
1659 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1660 {
1661         const char *bad_reason = NULL;
1662         unsigned long bad_flags = 0;
1663
1664         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1665                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1666         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1667                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1668         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1669                 bad_reason = "nonzero _count";
1670         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1671                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1672                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1673                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1674                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1675                 return;
1676         }
1677         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1678                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1679                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1680         }
1681 #ifdef CONFIG_MEMCG
1682         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1683                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1684 #endif
1685         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1686 }
1687
1688 /*
1689  * This page is about to be returned from the page allocator
1690  */
1691 static inline int check_new_page(struct page *page)
1692 {
1693         if (likely(page_expected_state(page,
1694                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1695                 return 0;
1696
1697         check_new_page_bad(page);
1698         return 1;
1699 }
1700
1701 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1702 {
1703         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1704                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1705 }
1706
1707 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1708 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1709 {
1710         return false;
1711 }
1712
1713 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1714 {
1715         return check_new_page(page);
1716 }
1717 #else
1718 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1719 {
1720         return check_new_page(page);
1721 }
1722 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1723 {
1724         return false;
1725 }
1726 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1727
1728 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1729 {
1730         int i;
1731         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1732                 struct page *p = page + i;
1733
1734                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1735                         return true;
1736         }
1737
1738         return false;
1739 }
1740
1741 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1742                                 gfp_t gfp_flags)
1743 {
1744         set_page_private(page, 0);
1745         set_page_refcounted(page);
1746
1747         arch_alloc_page(page, order);
1748         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1749         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1750         kasan_alloc_pages(page, order);
1751         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1752 }
1753
1754 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1755                                                         unsigned int alloc_flags)
1756 {
1757         int i;
1758         bool poisoned = true;
1759
1760         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1761                 struct page *p = page + i;
1762                 if (poisoned)
1763                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1764         }
1765
1766         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1767
1768         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1769                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1770                         clear_highpage(page + i);
1771
1772         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1773                 prep_compound_page(page, order);
1774
1775         /*
1776          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1777          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1778          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1779          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1780          */
1781         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1782                 set_page_pfmemalloc(page);
1783         else
1784                 clear_page_pfmemalloc(page);
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1789  * the smallest available page from the freelists
1790  */
1791 static inline
1792 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1793                                                 int migratetype)
1794 {
1795         unsigned int current_order;
1796         struct free_area *area;
1797         struct page *page;
1798
1799         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1800         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1801                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1802                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1803                                                         struct page, lru);
1804                 if (!page)
1805                         continue;
1806                 list_del(&page->lru);
1807                 rmv_page_order(page);
1808                 area->nr_free--;
1809                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1810                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1811                 return page;
1812         }
1813
1814         return NULL;
1815 }
1816
1817
1818 /*
1819  * This array describes the order lists are fallen back to when
1820  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1821  */
1822 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1823         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1824         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1825         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1826 #ifdef CONFIG_CMA
1827         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1828 #endif
1829 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1830         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1831 #endif
1832 };
1833
1834 #ifdef CONFIG_CMA
1835 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1836                                         unsigned int order)
1837 {
1838         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1839 }
1840 #else
1841 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1842                                         unsigned int order) { return NULL; }
1843 #endif
1844
1845 /*
1846  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1847  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1848  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1849  */
1850 int move_freepages(struct zone *zone,
1851                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1852                           int migratetype)
1853 {
1854         struct page *page;
1855         unsigned int order;
1856         int pages_moved = 0;
1857
1858 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1859         /*
1860          * page_zone is not safe to call in this context when
1861          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1862          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1863          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1864          * grouping pages by mobility
1865          */
1866         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1867 #endif
1868
1869         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1870                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1876                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1877
1878                 if (!PageBuddy(page)) {
1879                         page++;
1880                         continue;
1881                 }
1882
1883                 order = page_order(page);
1884                 list_move(&page->lru,
1885                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1886                 page += 1 << order;
1887                 pages_moved += 1 << order;
1888         }
1889
1890         return pages_moved;
1891 }
1892
1893 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1894                                 int migratetype)
1895 {
1896         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1897         struct page *start_page, *end_page;
1898
1899         start_pfn = page_to_pfn(page);
1900         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1901         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1902         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1903         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1904
1905         /* Do not cross zone boundaries */
1906         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1907                 start_page = page;
1908         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1909                 return 0;
1910
1911         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1912 }
1913
1914 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1915                                         int start_order, int migratetype)
1916 {
1917         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1918
1919         while (nr_pageblocks--) {
1920                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1921                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1922         }
1923 }
1924
1925 /*
1926  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1927  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1928  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1929  *
1930  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1931  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1932  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1933  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1934  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1935  * pageblocks.
1936  */
1937 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1938 {
1939         /*
1940          * Leaving this order check is intended, although there is
1941          * relaxed order check in next check. The reason is that
1942          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1943          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1944          * so could be changed anytime.
1945          */
1946         if (order >= pageblock_order)
1947                 return true;
1948
1949         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1950                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1951                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1952                 page_group_by_mobility_disabled)
1953                 return true;
1954
1955         return false;
1956 }
1957
1958 /*
1959  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1960  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1961  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1962  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1963  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1964  */
1965 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1966                                                           int start_type)
1967 {
1968         unsigned int current_order = page_order(page);
1969         int pages;
1970
1971         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1972         if (current_order >= pageblock_order) {
1973                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1974                 return;
1975         }
1976
1977         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1978
1979         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1980         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1981                         page_group_by_mobility_disabled)
1982                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1983 }
1984
1985 /*
1986  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1987  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1988  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1989  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1990  */
1991 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1992                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1993 {
1994         int i;
1995         int fallback_mt;
1996
1997         if (area->nr_free == 0)
1998                 return -1;
1999
2000         *can_steal = false;
2001         for (i = 0;; i++) {
2002                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2003                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2004                         break;
2005
2006                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2007                         continue;
2008
2009                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2010                         *can_steal = true;
2011
2012                 if (!only_stealable)
2013                         return fallback_mt;
2014
2015                 if (*can_steal)
2016                         return fallback_mt;
2017         }
2018
2019         return -1;
2020 }
2021
2022 /*
2023  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2024  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2025  */
2026 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2027                                 unsigned int alloc_order)
2028 {
2029         int mt;
2030         unsigned long max_managed, flags;
2031
2032         /*
2033          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2034          * Check is race-prone but harmless.
2035          */
2036         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2037         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2038                 return;
2039
2040         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2041
2042         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2043         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2044                 goto out_unlock;
2045
2046         /* Yoink! */
2047         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2048         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2049                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2050                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2051                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2052                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2053         }
2054
2055 out_unlock:
2056         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2057 }
2058
2059 /*
2060  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2061  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2062  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2063  * to recover from than an OOM.
2064  *
2065  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2066  * pageblock is exhausted.
2067  */
2068 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2069                                                 bool force)
2070 {
2071         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2072         unsigned long flags;
2073         struct zoneref *z;
2074         struct zone *zone;
2075         struct page *page;
2076         int order;
2077         bool ret;
2078
2079         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2080                                                                 ac->nodemask) {
2081                 /*
2082                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2083                  * is really high.
2084                  */
2085                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2086                                         pageblock_nr_pages)
2087                         continue;
2088
2089                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2090                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2091                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2092
2093                         page = list_first_entry_or_null(
2094                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2095                                         struct page, lru);
2096                         if (!page)
2097                                 continue;
2098
2099                         /*
2100                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2101                          * we can counter several free pages in a pageblock
2102                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2103                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2104                          * adjust the count once.
2105                          */
2106                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
2107                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
2108                                 /*
2109                                  * It should never happen but changes to
2110                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2111                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2112                                  * while unreserving so be safe and watch for
2113                                  * underflows.
2114                                  */
2115                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2116                                                 pageblock_nr_pages,
2117                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2118                         }
2119
2120                         /*
2121                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2122                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2123                          * is doing the work and needs the pages. More
2124                          * importantly, if the block was always converted to
2125                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2126                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2127                          * may increase.
2128                          */
2129                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2130                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2131                         if (ret) {
2132                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2133                                 return ret;
2134                         }
2135                 }
2136                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2137         }
2138
2139         return false;
2140 }
2141
2142 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2143 static inline struct page *
2144 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2145 {
2146         struct free_area *area;
2147         unsigned int current_order;
2148         struct page *page;
2149         int fallback_mt;
2150         bool can_steal;
2151
2152         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2153         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2154                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2155                                 --current_order) {
2156                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2157                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2158                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2159                 if (fallback_mt == -1)
2160                         continue;
2161
2162                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2163                                                 struct page, lru);
2164                 if (can_steal &&
2165                         get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2166                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2167
2168                 /* Remove the page from the freelists */
2169                 area->nr_free--;
2170                 list_del(&page->lru);
2171                 rmv_page_order(page);
2172
2173                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2174                                         start_migratetype);
2175                 /*
2176                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2177                  * migratetype depending on the decisions in
2178                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2179                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2180                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2181                  */
2182                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2183
2184                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2185                         start_migratetype, fallback_mt);
2186
2187                 return page;
2188         }
2189
2190         return NULL;
2191 }
2192
2193 /*
2194  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2195  * Call me with the zone->lock already held.
2196  */
2197 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2198                                 int migratetype)
2199 {
2200         struct page *page;
2201
2202         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2203         if (unlikely(!page)) {
2204                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2205                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2206
2207                 if (!page)
2208                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2209         }
2210
2211         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2212         return page;
2213 }
2214
2215 /*
2216  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2217  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2218  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2219  */
2220 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2221                         unsigned long count, struct list_head *list,
2222                         int migratetype, bool cold)
2223 {
2224         int i, alloced = 0;
2225
2226         spin_lock(&zone->lock);
2227         for (i = 0; i < count; ++i) {
2228                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2229                 if (unlikely(page == NULL))
2230                         break;
2231
2232                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2233                         continue;
2234
2235                 /*
2236                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2237                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2238                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2239                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2240                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2241                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2242                  * properly.
2243                  */
2244                 if (likely(!cold))
2245                         list_add(&page->lru, list);
2246                 else
2247                         list_add_tail(&page->lru, list);
2248                 list = &page->lru;
2249                 alloced++;
2250                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2251                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2252                                               -(1 << order));
2253         }
2254
2255         /*
2256          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2257          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2258          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2259          * pages added to the pcp list.
2260          */
2261         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2262         spin_unlock(&zone->lock);
2263         return alloced;
2264 }
2265
2266 #ifdef CONFIG_NUMA
2267 /*
2268  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2269  * currently executing processor on remote nodes after they have
2270  * expired.
2271  *
2272  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2273  * a single processor.
2274  */
2275 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2276 {
2277         unsigned long flags;
2278         int to_drain, batch;
2279
2280         local_irq_save(flags);
2281         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2282         to_drain = min(pcp->count, batch);
2283         if (to_drain > 0) {
2284                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2285                 pcp->count -= to_drain;
2286         }
2287         local_irq_restore(flags);
2288 }
2289 #endif
2290
2291 /*
2292  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2293  *
2294  * The processor must either be the current processor and the
2295  * thread pinned to the current processor or a processor that
2296  * is not online.
2297  */
2298 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2299 {
2300         unsigned long flags;
2301         struct per_cpu_pageset *pset;
2302         struct per_cpu_pages *pcp;
2303
2304         local_irq_save(flags);
2305         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2306
2307         pcp = &pset->pcp;
2308         if (pcp->count) {
2309                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2310                 pcp->count = 0;
2311         }
2312         local_irq_restore(flags);
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2317  *
2318  * The processor must either be the current processor and the
2319  * thread pinned to the current processor or a processor that
2320  * is not online.
2321  */
2322 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2323 {
2324         struct zone *zone;
2325
2326         for_each_populated_zone(zone) {
2327                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2328         }
2329 }
2330
2331 /*
2332  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2333  *
2334  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2335  * the single zone's pages.
2336  */
2337 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2338 {
2339         int cpu = smp_processor_id();
2340
2341         if (zone)
2342                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2343         else
2344                 drain_pages(cpu);
2345 }
2346
2347 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2348 {
2349         /*
2350          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2351          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2352          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2353          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2354          * a different one.
2355          */
2356         preempt_disable();
2357         drain_local_pages(NULL);
2358         preempt_enable();
2359 }
2360
2361 /*
2362  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2363  *
2364  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2365  *
2366  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2367  */
2368 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2369 {
2370         int cpu;
2371
2372         /*
2373          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2374          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2375          */
2376         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2377
2378         /*
2379          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2380          * initialized.
2381          */
2382         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2383                 return;
2384
2385         /* Workqueues cannot recurse */
2386         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2387                 return;
2388
2389         /*
2390          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2391          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2392          * the drain to be complete when the call returns.
2393          */
2394         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2395                 if (!zone)
2396                         return;
2397                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2398         }
2399
2400         /*
2401          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2402          * as offline notification will cause the notified
2403          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2404          * disables preemption as part of its processing
2405          */
2406         for_each_online_cpu(cpu) {
2407                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2408                 struct zone *z;
2409                 bool has_pcps = false;
2410
2411                 if (zone) {
2412                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2413                         if (pcp->pcp.count)
2414                                 has_pcps = true;
2415                 } else {
2416                         for_each_populated_zone(z) {
2417                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2418                                 if (pcp->pcp.count) {
2419                                         has_pcps = true;
2420                                         break;
2421                                 }
2422                         }
2423                 }
2424
2425                 if (has_pcps)
2426                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2427                 else
2428                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2429         }
2430
2431         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2432                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2433                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2434                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2435         }
2436         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2437                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2438
2439         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2440 }
2441
2442 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2443
2444 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2445 {
2446         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2447         unsigned long flags;
2448         unsigned int order, t;
2449         struct page *page;
2450
2451         if (zone_is_empty(zone))
2452                 return;
2453
2454         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2455
2456         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2457         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2458                 if (pfn_valid(pfn)) {
2459                         page = pfn_to_page(pfn);
2460
2461                         if (page_zone(page) != zone)
2462                                 continue;
2463
2464                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2465                                 swsusp_unset_page_free(page);
2466                 }
2467
2468         for_each_migratetype_order(order, t) {
2469                 list_for_each_entry(page,
2470                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2471                         unsigned long i;
2472
2473                         pfn = page_to_pfn(page);
2474                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2475                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2476                 }
2477         }
2478         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2479 }
2480 #endif /* CONFIG_PM */
2481
2482 /*
2483  * Free a 0-order page
2484  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2485  */
2486 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2487 {
2488         struct zone *zone = page_zone(page);
2489         struct per_cpu_pages *pcp;
2490         unsigned long flags;
2491         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2492         int migratetype;
2493
2494         if (!free_pcp_prepare(page))
2495                 return;
2496
2497         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2498         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2499         local_irq_save(flags);
2500         __count_vm_event(PGFREE);
2501
2502         /*
2503          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2504          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2505          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2506          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2507          * excessively into the page allocator
2508          */
2509         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2510                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2511                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2512                         goto out;
2513                 }
2514                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2515         }
2516
2517         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2518         if (!cold)
2519                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2520         else
2521                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2522         pcp->count++;
2523         if (pcp->count >= pcp->high) {
2524                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2525                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2526                 pcp->count -= batch;
2527         }
2528
2529 out:
2530         local_irq_restore(flags);
2531 }
2532
2533 /*
2534  * Free a list of 0-order pages
2535  */
2536 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2537 {
2538         struct page *page, *next;
2539
2540         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2541                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2542                 free_hot_cold_page(page, cold);
2543         }
2544 }
2545
2546 /*
2547  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2548  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2549  * Each sub-page must be freed individually.
2550  *
2551  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2552  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2553  */
2554 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2555 {
2556         int i;
2557
2558         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2559         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2560
2561 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2562         /*
2563          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2564          * otherwise free the whole shadow.
2565          */
2566         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2567                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2568 #endif
2569
2570         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2571                 set_page_refcounted(page + i);
2572         split_page_owner(page, order);
2573 }
2574 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2575
2576 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2577 {
2578         unsigned long watermark;
2579         struct zone *zone;
2580         int mt;
2581
2582         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2583
2584         zone = page_zone(page);
2585         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2586
2587         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2588                 /*
2589                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2590                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2591                  * watermark, because we already know our high-order page
2592                  * exists.
2593                  */
2594                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2595                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2596                         return 0;
2597
2598                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2599         }
2600
2601         /* Remove page from free list */
2602         list_del(&page->lru);
2603         zone->free_area[order].nr_free--;
2604         rmv_page_order(page);
2605
2606         /*
2607          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2608          * pageblock
2609          */
2610         if (order >= pageblock_order - 1) {
2611                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2612                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2613                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2614                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2615                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2616                                 set_pageblock_migratetype(page,
2617                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2618                 }
2619         }
2620
2621
2622         return 1UL << order;
2623 }
2624
2625 /*
2626  * Update NUMA hit/miss statistics
2627  *
2628  * Must be called with interrupts disabled.
2629  */
2630 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2631 {
2632 #ifdef CONFIG_NUMA
2633         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2634
2635         if (z->node != numa_node_id())
2636                 local_stat = NUMA_OTHER;
2637
2638         if (z->node == preferred_zone->node)
2639                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2640         else {
2641                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2642                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2643         }
2644         __inc_zone_state(z, local_stat);
2645 #endif
2646 }
2647
2648 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2649 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2650                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2651                         struct list_head *list)
2652 {
2653         struct page *page;
2654
2655         do {
2656                 if (list_empty(list)) {
2657                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2658                                         pcp->batch, list,
2659                                         migratetype, cold);
2660                         if (unlikely(list_empty(list)))
2661                                 return NULL;
2662                 }
2663
2664                 if (cold)
2665                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2666                 else
2667                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2668
2669                 list_del(&page->lru);
2670                 pcp->count--;
2671         } while (check_new_pcp(page));
2672
2673         return page;
2674 }
2675
2676 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2677 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2678                         struct zone *zone, unsigned int order,
2679                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2680 {
2681         struct per_cpu_pages *pcp;
2682         struct list_head *list;
2683         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2684         struct page *page;
2685         unsigned long flags;
2686
2687         local_irq_save(flags);
2688         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2689         list = &pcp->lists[migratetype];
2690         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2691         if (page) {
2692                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2693                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2694         }
2695         local_irq_restore(flags);
2696         return page;
2697 }
2698
2699 /*
2700  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2701  */
2702 static inline
2703 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2704                         struct zone *zone, unsigned int order,
2705                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2706                         int migratetype)
2707 {
2708         unsigned long flags;
2709         struct page *page;
2710
2711         if (likely(order == 0)) {
2712                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2713                                 gfp_flags, migratetype);
2714                 goto out;
2715         }
2716
2717         /*
2718          * We most definitely don't want callers attempting to
2719          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2720          */
2721         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2722         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2723
2724         do {
2725                 page = NULL;
2726                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2727                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2728                         if (page)
2729                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2730                 }
2731                 if (!page)
2732                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2733         } while (page && check_new_pages(page, order));
2734         spin_unlock(&zone->lock);
2735         if (!page)
2736                 goto failed;
2737         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2738                                   get_pcppage_migratetype(page));
2739
2740         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2741         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2742         local_irq_restore(flags);
2743
2744 out:
2745         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2746         return page;
2747
2748 failed:
2749         local_irq_restore(flags);
2750         return NULL;
2751 }
2752
2753 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2754
2755 static struct {
2756         struct fault_attr attr;
2757
2758         bool ignore_gfp_highmem;
2759         bool ignore_gfp_reclaim;
2760         u32 min_order;
2761 } fail_page_alloc = {
2762         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2763         .ignore_gfp_reclaim = true,
2764         .ignore_gfp_highmem = true,
2765         .min_order = 1,
2766 };
2767
2768 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2769 {
2770         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2771 }
2772 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2773
2774 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2775 {
2776         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2777                 return false;
2778         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2779                 return false;
2780         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2781                 return false;
2782         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2783                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2784                 return false;
2785
2786         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2787 }
2788
2789 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2790
2791 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2792 {
2793         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2794         struct dentry *dir;
2795
2796         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2797                                         &fail_page_alloc.attr);
2798         if (IS_ERR(dir))
2799                 return PTR_ERR(dir);
2800
2801         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2802                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2803                 goto fail;
2804         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2805                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2806                 goto fail;
2807         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2808                                 &fail_page_alloc.min_order))
2809                 goto fail;
2810
2811         return 0;
2812 fail:
2813         debugfs_remove_recursive(dir);
2814
2815         return -ENOMEM;
2816 }
2817
2818 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2819
2820 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2821
2822 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2823
2824 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2825 {
2826         return false;
2827 }
2828
2829 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2830
2831 /*
2832  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2833  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2834  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2835  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2836  */
2837 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2838                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2839                          long free_pages)
2840 {
2841         long min = mark;
2842         int o;
2843         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2844
2845         /* free_pages may go negative - that's OK */
2846         free_pages -= (1 << order) - 1;
2847
2848         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2849                 min -= min / 2;
2850
2851         /*
2852          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2853          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2854          * atomic reserve but it avoids a search.
2855          */
2856         if (likely(!alloc_harder))
2857                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2858         else
2859                 min -= min / 4;
2860
2861 #ifdef CONFIG_CMA
2862         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2863         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2864                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2865 #endif
2866
2867         /*
2868          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2869          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2870          * even if a suitable page happened to be free.
2871          */
2872         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2873                 return false;
2874
2875         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2876         if (!order)
2877                 return true;
2878
2879         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2880         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2881                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2882                 int mt;
2883
2884                 if (!area->nr_free)
2885                         continue;
2886
2887                 if (alloc_harder)
2888                         return true;
2889
2890                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2891                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2892                                 return true;
2893                 }
2894
2895 #ifdef CONFIG_CMA
2896                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2897                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2898                         return true;
2899                 }
2900 #endif
2901         }
2902         return false;
2903 }
2904
2905 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2906                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2907 {
2908         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2909                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2910 }
2911
2912 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2913                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2914 {
2915         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2916         long cma_pages = 0;
2917
2918 #ifdef CONFIG_CMA
2919         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2920         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2921                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2922 #endif
2923
2924         /*
2925          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2926          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2927          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2928          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2929          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2930          */
2931         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2932                 return true;
2933
2934         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2935                                         free_pages);
2936 }
2937
2938 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2939                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2940 {
2941         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2942
2943         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2944                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2945
2946         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2947                                                                 free_pages);
2948 }
2949
2950 #ifdef CONFIG_NUMA
2951 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2952 {
2953         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2954                                 RECLAIM_DISTANCE;
2955 }
2956 #else   /* CONFIG_NUMA */
2957 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2958 {
2959         return true;
2960 }
2961 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2962
2963 /*
2964  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2965  * a page.
2966  */
2967 static struct page *
2968 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2969                                                 const struct alloc_context *ac)
2970 {
2971         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2972         struct zone *zone;
2973         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2974
2975         /*
2976          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2977          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2978          */
2979         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2980                                                                 ac->nodemask) {
2981                 struct page *page;
2982                 unsigned long mark;
2983
2984                 if (cpusets_enabled() &&
2985                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2986                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2987                                 continue;
2988                 /*
2989                  * When allocating a page cache page for writing, we
2990                  * want to get it from a node that is within its dirty
2991                  * limit, such that no single node holds more than its
2992                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2993                  * The dirty limits take into account the node's
2994                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2995                  * should be able to balance it without having to
2996                  * write pages from its LRU list.
2997                  *
2998                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2999                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3000                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3001                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3002                  * nodes are together not big enough to reach the
3003                  * global limit.  The proper fix for these situations
3004                  * will require awareness of nodes in the
3005                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3006                  */
3007                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3008                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3009                                 continue;
3010
3011                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3012                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3013                                 continue;
3014                         }
3015                 }
3016
3017                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3018                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3019                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3020                         int ret;
3021
3022                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3023                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3024                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3025                                 goto try_this_zone;
3026
3027                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3028                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3029                                 continue;
3030
3031                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3032                         switch (ret) {
3033                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3034                                 /* did not scan */
3035                                 continue;
3036                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3037                                 /* scanned but unreclaimable */
3038                                 continue;
3039                         default:
3040                                 /* did we reclaim enough */
3041                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3042                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3043                                         goto try_this_zone;
3044
3045                                 continue;
3046                         }
3047                 }
3048
3049 try_this_zone:
3050                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3051                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3052                 if (page) {
3053                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3054
3055                         /*
3056                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3057                          * if the pageblock should be reserved for the future
3058                          */
3059                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3060                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3061
3062                         return page;
3063                 }
3064         }
3065
3066         return NULL;
3067 }
3068
3069 /*
3070  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3071  * meminfo in irq context.
3072  */
3073 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3074 {
3075         bool ret = false;
3076
3077 #if NODES_SHIFT > 8
3078         ret = in_interrupt();
3079 #endif
3080         return ret;
3081 }
3082
3083 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3084 {
3085         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3086         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3087
3088         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3089                 return;
3090
3091         /*
3092          * This documents exceptions given to allocations in certain
3093          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3094          * of allowed nodes.
3095          */
3096         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3097                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3098                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3099                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3100         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3101                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3102
3103         show_mem(filter, nodemask);
3104 }
3105
3106 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3107 {
3108         struct va_format vaf;
3109         va_list args;
3110         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3111                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3112
3113         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3114             debug_guardpage_minorder() > 0)
3115                 return;
3116
3117         pr_warn("%s: ", current->comm);
3118
3119         va_start(args, fmt);
3120         vaf.fmt = fmt;
3121         vaf.va = &args;
3122         pr_cont("%pV", &vaf);
3123         va_end(args);
3124
3125         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3126         if (nodemask)
3127                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3128         else
3129                 pr_cont("(null)\n");
3130
3131         cpuset_print_current_mems_allowed();
3132
3133         dump_stack();
3134         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3135 }
3136
3137 static inline struct page *
3138 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3139                               unsigned int alloc_flags,
3140                               const struct alloc_context *ac)
3141 {
3142         struct page *page;
3143
3144         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3145                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3146         /*
3147          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3148          * are depleted
3149          */
3150         if (!page)
3151                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3152                                 alloc_flags, ac);
3153
3154         return page;
3155 }
3156
3157 static inline struct page *
3158 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3159         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3160 {
3161         struct oom_control oc = {
3162                 .zonelist = ac->zonelist,
3163                 .nodemask = ac->nodemask,
3164                 .memcg = NULL,
3165                 .gfp_mask = gfp_mask,
3166                 .order = order,
3167         };
3168         struct page *page;
3169
3170         *did_some_progress = 0;
3171
3172         /*
3173          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3174          * making progress for us.
3175          */
3176         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3177                 *did_some_progress = 1;
3178                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3179                 return NULL;
3180         }
3181
3182         /*
3183          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3184          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3185          * we're still under heavy pressure.
3186          */
3187         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3188                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3189         if (page)
3190                 goto out;
3191
3192         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3193         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3194                 goto out;
3195         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3196         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3197                 goto out;
3198         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3199         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3200                 goto out;
3201         if (pm_suspended_storage())
3202                 goto out;
3203         /*
3204          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3205          * other request to make a forward progress.
3206          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3207          * do much for this context but let's try it to at least get
3208          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3209          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3210          * failures more gracefully we should just bail out here.
3211          */
3212
3213         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3214         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3215                 goto out;
3216
3217         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3218         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3219                 *did_some_progress = 1;
3220
3221                 /*
3222                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3223                  * reserves
3224                  */
3225                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3226                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3227                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3228         }
3229 out:
3230         mutex_unlock(&oom_lock);
3231         return page;
3232 }
3233
3234 /*
3235  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3236  * killer is consider as the only way to move forward.
3237  */
3238 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3239
3240 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3241 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3242 static struct page *
3243 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3244                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3245                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3246 {
3247         struct page *page;
3248
3249         if (!order)
3250                 return NULL;
3251
3252         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3253         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3254                                                                         prio);
3255         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3256
3257         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3258                 return NULL;
3259
3260         /*
3261          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3262          * count a compaction stall
3263          */
3264         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3265
3266         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3267
3268         if (page) {
3269                 struct zone *zone = page_zone(page);
3270
3271                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3272                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3273                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3274                 return page;
3275         }
3276
3277         /*
3278          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3279          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3280          */
3281         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3282
3283         cond_resched();
3284
3285         return NULL;
3286 }
3287
3288 static inline bool
3289 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3290                      enum compact_result compact_result,
3291                      enum compact_priority *compact_priority,
3292                      int *compaction_retries)
3293 {
3294         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3295         int min_priority;
3296         bool ret = false;
3297         int retries = *compaction_retries;
3298         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3299
3300         if (!order)
3301                 return false;
3302
3303         if (compaction_made_progress(compact_result))
3304                 (*compaction_retries)++;
3305
3306         /*
3307          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3308          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3309          * failure could be caused by insufficient priority
3310          */
3311         if (compaction_failed(compact_result))
3312                 goto check_priority;
3313
3314         /*
3315          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3316          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3317          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3318          * compaction.
3319          */
3320         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3321                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3322                 goto out;
3323         }
3324
3325         /*
3326          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3327          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3328          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3329          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3330          * would need much more detailed feedback from compaction to
3331          * make a better decision.
3332          */
3333         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3334                 max_retries /= 4;
3335         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3336                 ret = true;
3337                 goto out;
3338         }
3339
3340         /*
3341          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3342          * all retries or failed at the lower priorities.
3343          */
3344 check_priority:
3345         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3346                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3347
3348         if (*compact_priority > min_priority) {
3349                 (*compact_priority)--;
3350                 *compaction_retries = 0;
3351                 ret = true;
3352         }
3353 out:
3354         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3355         return ret;
3356 }
3357 #else
3358 static inline struct page *
3359 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3360                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3361                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3362 {
3363         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3364         return NULL;
3365 }
3366
3367 static inline bool
3368 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3369                      enum compact_result compact_result,
3370                      enum compact_priority *compact_priority,
3371                      int *compaction_retries)
3372 {
3373         struct zone *zone;
3374         struct zoneref *z;
3375
3376         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3377                 return false;
3378
3379         /*
3380          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3381          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3382          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3383          * watermarks are OK.
3384          */
3385         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3386                                         ac->nodemask) {
3387                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3388                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3389                         return true;
3390         }
3391         return false;
3392 }
3393 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3394
3395 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3396 static int
3397 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3398                                         const struct alloc_context *ac)
3399 {
3400         struct reclaim_state reclaim_state;
3401         int progress;
3402
3403         cond_resched();
3404
3405         /* We now go into synchronous reclaim */
3406         cpuset_memory_pressure_bump();
3407         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3408         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3409         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3410         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3411
3412         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3413                                                                 ac->nodemask);
3414
3415         current->reclaim_state = NULL;
3416         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3417         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3418
3419         cond_resched();
3420
3421         return progress;
3422 }
3423
3424 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3425 static inline struct page *
3426 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3427                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3428                 unsigned long *did_some_progress)
3429 {
3430         struct page *page = NULL;
3431         bool drained = false;
3432
3433         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3434         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3435                 return NULL;
3436
3437 retry:
3438         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3439
3440         /*
3441          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3442          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3443          * Shrink them them and try again
3444          */
3445         if (!page && !drained) {
3446                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3447                 drain_all_pages(NULL);
3448                 drained = true;
3449                 goto retry;
3450         }
3451
3452         return page;
3453 }
3454
3455 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3456 {
3457         struct zoneref *z;
3458         struct zone *zone;
3459         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3460
3461         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3462                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3463                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3464                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3465                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3466         }
3467 }
3468
3469 static inline unsigned int
3470 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3471 {
3472         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3473
3474         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3475         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3476
3477         /*
3478          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3479          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3480          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3481          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3482          */
3483         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3484
3485         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3486                 /*
3487                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3488                  * if it can't schedule.
3489                  */
3490                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3491                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3492                 /*
3493                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3494                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3495                  */
3496                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3497         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3498                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3499
3500 #ifdef CONFIG_CMA
3501         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3502                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3503 #endif
3504         return alloc_flags;
3505 }
3506
3507 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3508 {
3509         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3510                 return false;
3511
3512         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3513                 return true;
3514         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3515                 return true;
3516         if (!in_interrupt() &&
3517                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3518                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3519                 return true;
3520
3521         return false;
3522 }
3523
3524 /*
3525  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3526  * is consider as the only way to move forward.
3527  */
3528 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3529
3530 /*
3531  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3532  * for the given allocation request.
3533  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3534  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3535  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3536  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3537  * no_progress_loops).
3538  *
3539  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3540  */
3541 static inline bool
3542 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3543                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3544                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3545 {
3546         struct zone *zone;
3547         struct zoneref *z;
3548
3549         /*
3550          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3551          * their order will become available due to high fragmentation so
3552          * always increment the no progress counter for them
3553          */
3554         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3555                 *no_progress_loops = 0;
3556         else
3557                 (*no_progress_loops)++;
3558
3559         /*
3560          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3561          * several times in the row.
3562          */
3563         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3564                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3565                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3566         }
3567
3568         /*
3569          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3570          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3571          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3572          * screwed and have to go OOM.
3573          */
3574         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3575                                         ac->nodemask) {
3576                 unsigned long available;
3577                 unsigned long reclaimable;
3578                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3579                 bool wmark;
3580
3581                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3582                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3583                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3584                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3585
3586                 /*
3587                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3588                  * available?
3589                  */
3590                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3591                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3592                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3593                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3594                 if (wmark) {
3595                         /*
3596                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3597                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3598                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3599                          * prevent from pre mature OOM
3600                          */
3601                         if (!did_some_progress) {
3602                                 unsigned long write_pending;
3603
3604                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3605                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3606
3607                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3608                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3609                                         return true;
3610                                 }
3611                         }
3612
3613                         /*
3614                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3615                          * context and the current implementation of the WQ
3616                          * concurrency control doesn't recognize that
3617                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3618                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3619                          * do a short sleep here rather than calling
3620                          * cond_resched().
3621                          */
3622                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3623                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3624                         else
3625                                 cond_resched();
3626
3627                         return true;
3628                 }
3629         }
3630
3631         return false;
3632 }
3633
3634 static inline struct page *
3635 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3636                                                 struct alloc_context *ac)
3637 {
3638         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3639         struct page *page = NULL;
3640         unsigned int alloc_flags;
3641         unsigned long did_some_progress;
3642         enum compact_priority compact_priority;
3643         enum compact_result compact_result;
3644         int compaction_retries;
3645         int no_progress_loops;
3646         unsigned long alloc_start = jiffies;
3647         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3648         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3649
3650         /*
3651          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3652          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3653          * be using allocators in order of preference for an area that is
3654          * too large.
3655          */
3656         if (order >= MAX_ORDER) {
3657                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3658                 return NULL;
3659         }
3660
3661         /*
3662          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3663          * callers that are not in atomic context.
3664          */
3665         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3666                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3667                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3668
3669 retry_cpuset:
3670         compaction_retries = 0;
3671         no_progress_loops = 0;
3672         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3673         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3674
3675         /*
3676          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3677          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3678          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3679          */
3680         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3681
3682         /*
3683          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3684          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3685          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3686          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3687          */
3688         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3689                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3690         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3691                 goto nopage;
3692
3693         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3694                 wake_all_kswapds(order, ac);
3695
3696         /*
3697          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3698          * that first
3699          */
3700         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3701         if (page)
3702                 goto got_pg;
3703
3704         /*
3705          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3706          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3707          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3708          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3709          */
3710         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3711                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3712                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3713                                                 alloc_flags, ac,
3714                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3715                                                 &compact_result);
3716                 if (page)
3717                         goto got_pg;
3718
3719                 /*
3720                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3721                  * includes THP page fault allocations
3722                  */
3723                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3724                         /*
3725                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3726                          * it is because sync compaction recently failed. If
3727                          * this is the case and the caller requested a THP
3728                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3729                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3730                          * direct reclaim.
3731                          */
3732                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3733                                 goto nopage;
3734
3735                         /*
3736                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3737                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3738                          * using async compaction.
3739                          */
3740                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3741                 }
3742         }
3743
3744 retry:
3745         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3746         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3747                 wake_all_kswapds(order, ac);
3748
3749         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3750                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3751
3752         /*
3753          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3754          * These allocations are high priority and system rather than user
3755          * orientated.
3756          */
3757         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3758                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3759                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3760                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3761         }
3762
3763         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3764         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3765         if (page)
3766                 goto got_pg;
3767
3768         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3769         if (!can_direct_reclaim)
3770                 goto nopage;
3771
3772         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3773         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3774                 warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3775                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3776                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3777                 stall_timeout += 10 * HZ;
3778         }
3779
3780         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3781         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3782                 goto nopage;
3783
3784         /* Try direct reclaim and then allocating */
3785         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3786                                                         &did_some_progress);
3787         if (page)
3788                 goto got_pg;
3789
3790         /* Try direct compaction and then allocating */
3791         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3792                                         compact_priority, &compact_result);
3793         if (page)
3794                 goto got_pg;
3795
3796         /* Do not loop if specifically requested */
3797         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3798                 goto nopage;
3799
3800         /*
3801          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3802          * __GFP_REPEAT
3803          */
3804         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3805                 goto nopage;
3806
3807         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3808                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3809                 goto retry;
3810
3811         /*
3812          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3813          * reclaim is not able to make any progress because the current
3814          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3815          * of free memory (see __compaction_suitable)
3816          */
3817         if (did_some_progress > 0 &&
3818                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3819                                 compact_result, &compact_priority,
3820                                 &compaction_retries))
3821                 goto retry;
3822
3823         /*
3824          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3825          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3826          */
3827         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3828                 goto retry_cpuset;
3829
3830         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3831         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3832         if (page)
3833                 goto got_pg;
3834
3835         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3836         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3837                 goto nopage;
3838
3839         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3840         if (did_some_progress) {
3841                 no_progress_loops = 0;
3842                 goto retry;
3843         }
3844
3845 nopage:
3846         /*
3847          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3848          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3849          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3850          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3851          * retry.
3852          */
3853         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3854                 goto retry_cpuset;
3855
3856         /*
3857          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3858          * we always retry
3859          */
3860         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3861                 /*
3862                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3863                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3864                  */
3865                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3866                         goto fail;
3867
3868                 /*
3869                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3870                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3871                  * for somebody to do a work for us
3872                  */
3873                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3874
3875                 /*
3876                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3877                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3878                  * so that we can identify them and convert them to something
3879                  * else.
3880                  */
3881                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3882
3883                 /*
3884                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3885                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3886                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3887                  * the situation worse
3888                  */
3889                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3890                 if (page)
3891                         goto got_pg;
3892
3893                 cond_resched();
3894                 goto retry;
3895         }
3896 fail:
3897         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3898                         "page allocation failure: order:%u", order);
3899 got_pg:
3900         return page;
3901 }
3902
3903 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3904                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3905                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3906                 unsigned int *alloc_flags)
3907 {
3908         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3909         ac->zonelist = zonelist;
3910         ac->nodemask = nodemask;
3911         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3912
3913         if (cpusets_enabled()) {
3914                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3915                 if (!ac->nodemask)
3916                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3917                 else
3918                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3919         }
3920
3921         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3922
3923         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3924
3925         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3926                 return false;
3927
3928         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3929                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3930
3931         return true;
3932 }
3933
3934 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3935 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3936                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3937 {
3938         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3939         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3940
3941         /*
3942          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3943          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3944          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3945          */
3946         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3947                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3948 }
3949
3950 /*
3951  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3952  */
3953 struct page *
3954 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3955                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3956 {
3957         struct page *page;
3958         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3959         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3960         struct alloc_context ac = { };
3961
3962         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3963         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3964                 return NULL;
3965
3966         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3967
3968         /* First allocation attempt */
3969         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3970         if (likely(page))
3971                 goto out;
3972
3973         /*
3974          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3975          * because I/O on the device might not complete.
3976          */
3977         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3978         ac.spread_dirty_pages = false;
3979
3980         /*
3981          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3982          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3983          */
3984         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3985                 ac.nodemask = nodemask;
3986
3987         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3988
3989 out:
3990         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3991             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3992                 __free_pages(page, order);
3993                 page = NULL;
3994         }
3995
3996         if (kmemcheck_enabled && page)
3997                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3998
3999         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4000
4001         return page;
4002 }
4003 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4004
4005 /*
4006  * Common helper functions.
4007  */
4008 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4009 {
4010         struct page *page;
4011
4012         /*
4013          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4014          * a highmem page
4015          */
4016         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4017
4018         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4019         if (!page)
4020                 return 0;
4021         return (unsigned long) page_address(page);
4022 }
4023 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4024
4025 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4026 {
4027         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4028 }
4029 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4030
4031 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4032 {
4033         if (put_page_testzero(page)) {
4034                 if (order == 0)
4035                         free_hot_cold_page(page, false);
4036                 else
4037                         __free_pages_ok(page, order);
4038         }
4039 }
4040
4041 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4042
4043 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4044 {
4045         if (addr != 0) {
4046                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4047                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4048         }
4049 }
4050
4051 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4052
4053 /*
4054  * Page Fragment:
4055  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4056  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4057  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4058  *
4059  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4060  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4061  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4062  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4063  */
4064 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4065                                              gfp_t gfp_mask)
4066 {
4067         struct page *page = NULL;
4068         gfp_t gfp = gfp_mask;
4069
4070 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4071         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4072                     __GFP_NOMEMALLOC;
4073         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4074                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4075         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4076 #endif
4077         if (unlikely(!page))
4078                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4079
4080         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4081
4082         return page;
4083 }
4084
4085 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4086 {
4087         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4088
4089         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4090                 unsigned int order = compound_order(page);
4091
4092                 if (order == 0)
4093                         free_hot_cold_page(page, false);
4094                 else
4095                         __free_pages_ok(page, order);
4096         }
4097 }
4098 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4099
4100 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4101                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4102 {
4103         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4104         struct page *page;
4105         int offset;
4106
4107         if (unlikely(!nc->va)) {
4108 refill:
4109                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4110                 if (!page)
4111                         return NULL;
4112
4113 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4114                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4115                 size = nc->size;
4116 #endif
4117                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4118                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4119                  */
4120                 page_ref_add(page, size - 1);
4121
4122                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4123                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4124                 nc->pagecnt_bias = size;
4125                 nc->offset = size;
4126         }
4127
4128         offset = nc->offset - fragsz;
4129         if (unlikely(offset < 0)) {
4130                 page = virt_to_page(nc->va);
4131
4132                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4133                         goto refill;
4134
4135 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4136                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4137                 size = nc->size;
4138 #endif
4139                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4140                 set_page_count(page, size);
4141
4142                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4143                 nc->pagecnt_bias = size;
4144                 offset = size - fragsz;
4145         }
4146
4147         nc->pagecnt_bias--;
4148         nc->offset = offset;
4149
4150         return nc->va + offset;
4151 }
4152 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4153
4154 /*
4155  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4156  */
4157 void page_frag_free(void *addr)
4158 {
4159         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4160
4161         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4162                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4163 }
4164 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4165
4166 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4167                 size_t size)
4168 {
4169         if (addr) {
4170                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4171                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4172
4173                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4174                 while (used < alloc_end) {
4175                         free_page(used);
4176                         used += PAGE_SIZE;
4177                 }
4178         }
4179         return (void *)addr;
4180 }
4181
4182 /**
4183  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4184  * @size: the number of bytes to allocate
4185  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4186  *
4187  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4188  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4189  * allocate memory in power-of-two pages.
4190  *
4191  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4192  *
4193  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4194  */
4195 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4196 {
4197         unsigned int order = get_order(size);
4198         unsigned long addr;
4199
4200         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4201         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4202 }
4203 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4204
4205 /**
4206  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4207  *                         pages on a node.
4208  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4209  * @size: the number of bytes to allocate
4210  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4211  *
4212  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4213  * back.
4214  */
4215 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4216 {
4217         unsigned int order = get_order(size);
4218         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4219         if (!p)
4220                 return NULL;
4221         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4222 }
4223
4224 /**
4225  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4226  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4227  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4228  *
4229  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4230  */
4231 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4232 {
4233         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4234         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4235
4236         while (addr < end) {
4237                 free_page(addr);
4238                 addr += PAGE_SIZE;
4239         }
4240 }
4241 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4242
4243 /**
4244  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4245  * @offset: The zone index of the highest zone
4246  *
4247  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4248  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4249  * zone, the number of pages is calculated as:
4250  *     managed_pages - high_pages
4251  */
4252 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4253 {
4254         struct zoneref *z;
4255         struct zone *zone;
4256
4257         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4258         unsigned long sum = 0;
4259
4260         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4261
4262         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4263                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4264                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4265                 if (size > high)
4266                         sum += size - high;
4267         }
4268
4269         return sum;
4270 }
4271
4272 /**
4273  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4274  *
4275  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4276  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4277  */
4278 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4279 {
4280         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4281 }
4282 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4283
4284 /**
4285  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4286  *
4287  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4288  * high watermark within all zones.
4289  */
4290 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4291 {
4292         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4293 }
4294
4295 static inline void show_node(struct zone *zone)
4296 {
4297         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4298                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4299 }
4300
4301 long si_mem_available(void)
4302 {
4303         long available;
4304         unsigned long pagecache;
4305         unsigned long wmark_low = 0;
4306         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4307         struct zone *zone;
4308         int lru;
4309
4310         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4311                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4312
4313         for_each_zone(zone)
4314                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4315
4316         /*
4317          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4318          * without causing swapping.
4319          */
4320         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4321
4322         /*
4323          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4324          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4325          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4326          */
4327         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4328         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4329         available += pagecache;
4330
4331         /*
4332          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4333          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4334          */
4335         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4336                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4337
4338         if (available < 0)
4339                 available = 0;
4340         return available;
4341 }
4342 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4343
4344 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4345 {
4346         val->totalram = totalram_pages;
4347         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4348         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4349         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4350         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4351         val->freehigh = nr_free_highpages();
4352         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4353 }
4354
4355 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4356
4357 #ifdef CONFIG_NUMA
4358 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4359 {
4360         int zone_type;          /* needs to be signed */
4361         unsigned long managed_pages = 0;
4362         unsigned long managed_highpages = 0;
4363         unsigned long free_highpages = 0;
4364         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4365
4366         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4367                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4368         val->totalram = managed_pages;
4369         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4370         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4371 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4372         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4373                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4374
4375                 if (is_highmem(zone)) {
4376                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4377                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4378                 }
4379         }
4380         val->totalhigh = managed_highpages;
4381         val->freehigh = free_highpages;
4382 #else
4383         val->totalhigh = managed_highpages;
4384         val->freehigh = free_highpages;
4385 #endif
4386         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4387 }
4388 #endif
4389
4390 /*
4391  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4392  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4393  */
4394 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4395 {
4396         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4397                 return false;
4398
4399         /*
4400          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4401          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4402          * have to be precise here.
4403          */
4404         if (!nodemask)
4405                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4406
4407         return !node_isset(nid, *nodemask);
4408 }
4409
4410 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4411
4412 static void show_migration_types(unsigned char type)
4413 {
4414         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4415                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4416                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4417                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4418                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4419 #ifdef CONFIG_CMA
4420                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4421 #endif
4422 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4423                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4424 #endif
4425         };
4426         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4427         char *p = tmp;
4428         int i;
4429
4430         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4431                 if (type & (1 << i))
4432                         *p++ = types[i];
4433         }
4434
4435         *p = '\0';
4436         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4437 }
4438
4439 /*
4440  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4441  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4442  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4443  *
4444  * Bits in @filter:
4445  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4446  *   cpuset.
4447  */
4448 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4449 {
4450         unsigned long free_pcp = 0;
4451         int cpu;
4452         struct zone *zone;
4453         pg_data_t *pgdat;
4454
4455         for_each_populated_zone(zone) {
4456                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4457                         continue;
4458
4459                 for_each_online_cpu(cpu)
4460                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4461         }
4462
4463         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4464                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4465                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4466                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4467                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4468                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4469                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4470                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4471                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4472                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4473                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4474                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4475                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4476                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4477                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4478                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4479                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4480                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4481                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4482                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4483                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4484                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4485                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4486                 free_pcp,
4487                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4488
4489         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4490                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4491                         continue;
4492
4493                 printk("Node %d"
4494                         " active_anon:%lukB"
4495                         " inactive_anon:%lukB"
4496                         " active_file:%lukB"
4497                         " inactive_file:%lukB"
4498                         " unevictable:%lukB"
4499                         " isolated(anon):%lukB"
4500                         " isolated(file):%lukB"
4501                         " mapped:%lukB"
4502                         " dirty:%lukB"
4503                         " writeback:%lukB"
4504                         " shmem:%lukB"
4505 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4506                         " shmem_thp: %lukB"
4507                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4508                         " anon_thp: %lukB"
4509 #endif
4510                         " writeback_tmp:%lukB"
4511                         " unstable:%lukB"
4512                         " pages_scanned:%lu"
4513                         " all_unreclaimable? %s"
4514                         "\n",
4515                         pgdat->node_id,
4516                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4517                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4518                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4519                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4520                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4521                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4522                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4523                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4524                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4525                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4526                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4527 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4528                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4529                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4530                                         * HPAGE_PMD_NR),
4531                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4532 #endif
4533                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4534                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4535                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4536                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4537         }
4538
4539         for_each_populated_zone(zone) {
4540                 int i;
4541
4542                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4543                         continue;
4544
4545                 free_pcp = 0;
4546                 for_each_online_cpu(cpu)
4547                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4548
4549                 show_node(zone);
4550                 printk(KERN_CONT
4551                         "%s"
4552                         " free:%lukB"
4553                         " min:%lukB"
4554                         " low:%lukB"
4555                         " high:%lukB"
4556                         " active_anon:%lukB"
4557                         " inactive_anon:%lukB"
4558                         " active_file:%lukB"
4559                         " inactive_file:%lukB"
4560                         " unevictable:%lukB"
4561                         " writepending:%lukB"
4562                         " present:%lukB"
4563                         " managed:%lukB"
4564                         " mlocked:%lukB"
4565                         " slab_reclaimable:%lukB"
4566                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4567                         " kernel_stack:%lukB"
4568                         " pagetables:%lukB"
4569                         " bounce:%lukB"
4570                         " free_pcp:%lukB"
4571                         " local_pcp:%ukB"
4572                         " free_cma:%lukB"
4573                         "\n",
4574                         zone->name,
4575                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4576                         K(min_wmark_pages(zone)),
4577                         K(low_wmark_pages(zone)),
4578                         K(high_wmark_pages(zone)),
4579                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4580                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4581                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4582                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4583                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4584                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4585                         K(zone->present_pages),
4586                         K(zone->managed_pages),
4587                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4588                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4589                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4590                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4591                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4592                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4593                         K(free_pcp),
4594                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4595                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4596                 printk("lowmem_reserve[]:");
4597                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4598                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4599                 printk(KERN_CONT "\n");
4600         }
4601
4602         for_each_populated_zone(zone) {
4603                 unsigned int order;
4604                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4605                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4606
4607                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4608                         continue;
4609                 show_node(zone);
4610                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4611
4612                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4613                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4614                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4615                         int type;
4616
4617                         nr[order] = area->nr_free;
4618                         total += nr[order] << order;
4619
4620                         types[order] = 0;
4621                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4622                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4623                                         types[order] |= 1 << type;
4624                         }
4625                 }
4626                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4627                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4628                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4629                                nr[order], K(1UL) << order);
4630                         if (nr[order])
4631                                 show_migration_types(types[order]);
4632                 }
4633                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4634         }
4635
4636         hugetlb_show_meminfo();
4637
4638         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4639
4640         show_swap_cache_info();
4641 }
4642
4643 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4644 {
4645         zoneref->zone = zone;
4646         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4647 }
4648
4649 /*
4650  * Builds allocation fallback zone lists.
4651  *
4652  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4653  */
4654 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4655                                 int nr_zones)
4656 {
4657         struct zone *zone;
4658         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4659
4660         do {
4661                 zone_type--;
4662                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4663                 if (managed_zone(zone)) {
4664                         zoneref_set_zone(zone,
4665                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4666                         check_highest_zone(zone_type);
4667                 }
4668         } while (zone_type);
4669
4670         return nr_zones;
4671 }
4672
4673
4674 /*
4675  *  zonelist_order:
4676  *  0 = automatic detection of better ordering.
4677  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4678  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4679  *
4680  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4681  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4682  */
4683 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4684 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4685 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4686
4687 /* zonelist order in the kernel.
4688  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4689  */
4690 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4691 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4692
4693
4694 #ifdef CONFIG_NUMA
4695 /* The value user specified ....changed by config */
4696 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4697 /* string for sysctl */
4698 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4699 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4700
4701 /*
4702  * interface for configure zonelist ordering.
4703  * command line option "numa_zonelist_order"
4704  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4705  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4706  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4707  */
4708
4709 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4710 {
4711         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4712                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4713         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4714                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4715         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4716                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4717         } else {
4718                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4719                 return -EINVAL;
4720         }
4721         return 0;
4722 }
4723
4724 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4725 {
4726         int ret;
4727
4728         if (!s)
4729                 return 0;
4730
4731         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4732         if (ret == 0)
4733                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4734
4735         return ret;
4736 }
4737 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4738
4739 /*
4740  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4741  */
4742 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4743                 void __user *buffer, size_t *length,
4744                 loff_t *ppos)
4745 {
4746         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4747         int ret;
4748         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4749
4750         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4751         if (write) {
4752                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4753                         ret = -EINVAL;
4754                         goto out;
4755                 }
4756                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4757         }
4758         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4759         if (ret)
4760                 goto out;
4761         if (write) {
4762                 int oldval = user_zonelist_order;
4763
4764                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4765                 if (ret) {
4766                         /*
4767                          * bogus value.  restore saved string
4768                          */
4769                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4770                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4771                         user_zonelist_order = oldval;
4772                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4773                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4774                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4775                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4776                 }
4777         }
4778 out:
4779         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4780         return ret;
4781 }
4782
4783
4784 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4785 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4786
4787 /**
4788  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4789  * @node: node whose fallback list we're appending
4790  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4791  *
4792  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4793  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4794  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4795  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4796  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4797  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4798  * on them otherwise.
4799  * It returns -1 if no node is found.
4800  */
4801 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4802 {
4803         int n, val;
4804         int min_val = INT_MAX;
4805         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4806         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4807
4808         /* Use the local node if we haven't already */
4809         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4810                 node_set(node, *used_node_mask);
4811                 return node;
4812         }
4813
4814         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4815
4816                 /* Don't want a node to appear more than once */
4817                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4818                         continue;
4819
4820                 /* Use the distance array to find the distance */
4821                 val = node_distance(node, n);
4822
4823                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4824                 val += (n < node);
4825
4826                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4827                 tmp = cpumask_of_node(n);
4828                 if (!cpumask_empty(tmp))
4829                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4830
4831                 /* Slight preference for less loaded node */
4832                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4833                 val += node_load[n];
4834
4835                 if (val < min_val) {
4836                         min_val = val;
4837                         best_node = n;
4838                 }
4839         }
4840
4841         if (best_node >= 0)
4842                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4843
4844         return best_node;
4845 }
4846
4847
4848 /*
4849  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4850  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4851  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4852  */
4853 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4854 {
4855         int j;
4856         struct zonelist *zonelist;
4857
4858         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4859         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4860                 ;
4861         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4862         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4863         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4864 }
4865
4866 /*
4867  * Build gfp_thisnode zonelists
4868  */
4869 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4870 {
4871         int j;
4872         struct zonelist *zonelist;
4873
4874         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4875         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4876         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4877         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4878 }
4879
4880 /*
4881  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4882  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4883  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4884  * may still exist in local DMA zone.
4885  */
4886 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4887
4888 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4889 {
4890         int pos, j, node;
4891         int zone_type;          /* needs to be signed */
4892         struct zone *z;
4893         struct zonelist *zonelist;
4894
4895         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4896         pos = 0;
4897         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4898                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4899                         node = node_order[j];
4900                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4901                         if (managed_zone(z)) {
4902                                 zoneref_set_zone(z,
4903                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4904                                 check_highest_zone(zone_type);
4905                         }
4906                 }
4907         }
4908         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4909         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4910 }
4911
4912 #if defined(CONFIG_64BIT)
4913 /*
4914  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4915  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4916  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4917  */
4918 static int default_zonelist_order(void)
4919 {
4920         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4921 }
4922 #else
4923 /*
4924  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4925  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4926  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4927  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4928  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4929  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4930  */
4931 static int default_zonelist_order(void)
4932 {
4933         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4934 }
4935 #endif /* CONFIG_64BIT */
4936
4937 static void set_zonelist_order(void)
4938 {
4939         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4940                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4941         else
4942                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4943 }
4944
4945 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4946 {
4947         int i, node, load;
4948         nodemask_t used_mask;
4949         int local_node, prev_node;
4950         struct zonelist *zonelist;
4951         unsigned int order = current_zonelist_order;
4952
4953         /* initialize zonelists */
4954         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4955                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4956                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4957                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4958         }
4959
4960         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4961         local_node = pgdat->node_id;
4962         load = nr_online_nodes;
4963         prev_node = local_node;
4964         nodes_clear(used_mask);
4965
4966         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4967         i = 0;
4968
4969         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4970                 /*
4971                  * We don't want to pressure a particular node.
4972                  * So adding penalty to the first node in same
4973                  * distance group to make it round-robin.
4974                  */
4975                 if (node_distance(local_node, node) !=
4976                     node_distance(local_node, prev_node))
4977                         node_load[node] = load;
4978
4979                 prev_node = node;
4980                 load--;
4981                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4982                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4983                 else
4984                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4985         }
4986
4987         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4988                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4989                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4990         }
4991
4992         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4993 }
4994
4995 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4996 /*
4997  * Return node id of node used for "local" allocations.
4998  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4999  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5000  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5001  */
5002 int local_memory_node(int node)
5003 {
5004         struct zoneref *z;
5005
5006         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5007                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5008                                    NULL);
5009         return z->zone->node;
5010 }
5011 #endif
5012
5013 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5014 static void setup_min_slab_ratio(void);
5015 #else   /* CONFIG_NUMA */
5016
5017 static void set_zonelist_order(void)
5018 {
5019         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5020 }
5021
5022 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5023 {
5024         int node, local_node;
5025         enum zone_type j;
5026         struct zonelist *zonelist;
5027
5028         local_node = pgdat->node_id;
5029
5030         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5031         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5032
5033         /*
5034          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5035          * of all the other nodes.
5036          * We don't want to pressure a particular node, so when
5037          * building the zones for node N, we make sure that the
5038          * zones coming right after the local ones are those from
5039          * node N+1 (modulo N)
5040          */
5041         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5042                 if (!node_online(node))
5043                         continue;
5044                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5045         }
5046         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5047                 if (!node_online(node))
5048                         continue;
5049                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5050         }
5051
5052         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5053         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5054 }
5055
5056 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5057
5058 /*
5059  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5060  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5061  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5062  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5063  * with interrupts disabled.
5064  *
5065  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5066  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5067  * hotplugged processors.
5068  *
5069  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5070  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5071  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5072  */
5073 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5074 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5075 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5076
5077 /*
5078  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5079  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5080  */
5081 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5082
5083 /* return values int ....just for stop_machine() */
5084 static int __build_all_zonelists(void *data)
5085 {
5086         int nid;
5087         int cpu;
5088         pg_data_t *self = data;
5089
5090 #ifdef CONFIG_NUMA
5091         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5092 #endif
5093
5094         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5095                 build_zonelists(self);
5096         }
5097
5098         for_each_online_node(nid) {
5099                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5100
5101                 build_zonelists(pgdat);
5102         }
5103
5104         /*
5105          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5106          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5107          * each zone will be allocated later when the per cpu
5108          * allocator is available.
5109          *
5110          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5111          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5112          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5113          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5114          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5115          * (a chicken-egg dilemma).
5116          */
5117         for_each_possible_cpu(cpu) {
5118                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5119
5120 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5121                 /*
5122                  * We now know the "local memory node" for each node--
5123                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5124                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5125                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5126                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5127                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5128                  */
5129                 if (cpu_online(cpu))
5130                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5131 #endif
5132         }
5133
5134         return 0;
5135 }
5136
5137 static noinline void __init
5138 build_all_zonelists_init(void)
5139 {
5140         __build_all_zonelists(NULL);
5141         mminit_verify_zonelist();
5142         cpuset_init_current_mems_allowed();
5143 }
5144
5145 /*
5146  * Called with zonelists_mutex held always
5147  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5148  *
5149  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5150  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5151  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5152  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5153  */
5154 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5155 {
5156         set_zonelist_order();
5157
5158         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5159                 build_all_zonelists_init();
5160         } else {
5161 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5162                 if (zone)
5163                         setup_zone_pageset(zone);
5164 #endif
5165                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5166                    of zonelist */
5167                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5168                 /* cpuset refresh routine should be here */
5169         }
5170         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5171         /*
5172          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5173          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5174          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5175          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5176          * disabled and enable it later
5177          */
5178         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5179                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5180         else
5181                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5182
5183         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5184                 nr_online_nodes,
5185                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5186                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5187                 vm_total_pages);
5188 #ifdef CONFIG_NUMA
5189         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5190 #endif
5191 }
5192
5193 /*
5194  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5195  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5196  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5197  */
5198 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5199                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5200 {
5201         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5202         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5203         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5204         unsigned long pfn;
5205         unsigned long nr_initialised = 0;
5206 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5207         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5208 #endif
5209
5210         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5211                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5212
5213         /*
5214          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5215          * memory
5216          */
5217         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5218                 start_pfn += altmap->reserve;
5219
5220         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5221                 /*
5222                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5223                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5224                  */
5225                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5226                         goto not_early;
5227
5228                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5229 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5230                         /*
5231                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5232                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5233                          * on our next iteration of the loop.
5234                          */
5235                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5236 #endif
5237                         continue;
5238                 }
5239                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5240                         continue;
5241                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5242                         break;
5243
5244 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5245                 /*
5246                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5247                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5248                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5249                  */
5250                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5251                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5252                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5253                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5254                                                 break;
5255                                 r = tmp;
5256                         }
5257                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5258                             memblock_is_mirror(r)) {
5259                                 /* already initialized as NORMAL */
5260                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5261                                 continue;
5262                         }
5263                 }
5264 #endif
5265
5266 not_early:
5267                 /*
5268                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5269                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5270                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5271                  * the address space during boot when many long-lived
5272                  * kernel allocations are made.
5273                  *
5274                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5275                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5276                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5277                  * pfn out of zone.
5278                  */
5279                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5280                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5281
5282                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5283                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5284                 } else {
5285                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5286                 }
5287         }
5288 }
5289
5290 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5291 {
5292         unsigned int order, t;
5293         for_each_migratetype_order(order, t) {
5294                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5295                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5296         }
5297 }
5298
5299 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5300 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5301         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5302 #endif
5303
5304 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5305 {
5306 #ifdef CONFIG_MMU
5307         int batch;
5308
5309         /*
5310          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5311          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5312          *
5313          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5314          */
5315         batch = zone->managed_pages / 1024;
5316         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5317                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5318         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5319         if (batch < 1)
5320                 batch = 1;
5321
5322         /*
5323          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5324          * of 2 value was found to be more likely to have
5325          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5326          *
5327          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5328          * batches of pages, one task can end up with a lot
5329          * of pages of one half of the possible page colors
5330          * and the other with pages of the other colors.
5331          */
5332         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5333
5334         return batch;
5335
5336 #else
5337         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5338          * conditions.
5339          *
5340          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5341          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5342          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5343          *
5344          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5345          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5346          * can be a significant delay between the individual batches being
5347          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5348          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5349          */
5350         return 0;
5351 #endif
5352 }
5353
5354 /*
5355  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5356  * ->batch must never be higher then ->high.
5357  * The following function updates them in a safe manner without read side
5358  * locking.
5359  *
5360  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5361  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5362  *
5363  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5364  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5365  * exist).
5366  */
5367 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5368                 unsigned long batch)
5369 {
5370        /* start with a fail safe value for batch */
5371         pcp->batch = 1;
5372         smp_wmb();
5373
5374        /* Update high, then batch, in order */
5375         pcp->high = high;
5376         smp_wmb();
5377
5378         pcp->batch = batch;
5379 }
5380
5381 /* a companion to pageset_set_high() */
5382 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5383 {
5384         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5385 }
5386
5387 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5388 {
5389         struct per_cpu_pages *pcp;
5390         int migratetype;
5391
5392         memset(p, 0, sizeof(*p));
5393
5394         pcp = &p->pcp;
5395         pcp->count = 0;
5396         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5397                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5398 }
5399
5400 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5401 {
5402         pageset_init(p);
5403         pageset_set_batch(p, batch);
5404 }
5405
5406 /*
5407  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5408  * to the value high for the pageset p.
5409  */
5410 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5411                                 unsigned long high)
5412 {
5413         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5414         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5415                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5416
5417         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5418 }
5419
5420 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5421                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5422 {
5423         if (percpu_pagelist_fraction)
5424                 pageset_set_high(pcp,
5425                         (zone->managed_pages /
5426                                 percpu_pagelist_fraction));
5427         else
5428                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5429 }
5430
5431 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5432 {
5433         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5434
5435         pageset_init(pcp);
5436         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5437 }
5438
5439 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5440 {
5441         int cpu;
5442         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5443         for_each_possible_cpu(cpu)
5444                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5445 }
5446
5447 /*
5448  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5449  * Before this call only boot pagesets were available.
5450  */
5451 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5452 {
5453         struct pglist_data *pgdat;
5454         struct zone *zone;
5455
5456         for_each_populated_zone(zone)
5457                 setup_zone_pageset(zone);
5458
5459         for_each_online_pgdat(pgdat)
5460                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5461                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5462 }
5463
5464 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5465 {
5466         /*
5467          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5468          * relies on the ability of the linker to provide the
5469          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5470          */
5471         zone->pageset = &boot_pageset;
5472
5473         if (populated_zone(zone))
5474                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5475                         zone->name, zone->present_pages,
5476                                          zone_batchsize(zone));
5477 }
5478
5479 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5480                                         unsigned long zone_start_pfn,
5481                                         unsigned long size)
5482 {
5483         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5484
5485         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5486
5487         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5488
5489         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5490                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5491                         pgdat->node_id,
5492                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5493                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5494
5495         zone_init_free_lists(zone);
5496         zone->initialized = 1;
5497
5498         return 0;
5499 }
5500
5501 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5502 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5503
5504 /*
5505  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5506  */
5507 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5508                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5509 {
5510         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5511         int nid;
5512
5513         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5514                 return state->last_nid;
5515
5516         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5517         if (nid != -1) {
5518                 state->last_start = start_pfn;
5519                 state->last_end = end_pfn;
5520                 state->last_nid = nid;
5521         }
5522
5523         return nid;
5524 }
5525 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5526
5527 /**
5528  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5529  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5530  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5531  *
5532  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5533  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5534  * memblock_free_early_nid() manually.
5535  */
5536 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5537 {
5538         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5539         int i, this_nid;
5540
5541         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5542                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5543                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5544
5545                 if (start_pfn < end_pfn)
5546                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5547                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5548                                         this_nid);
5549         }
5550 }
5551
5552 /**
5553  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5554  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5555  *
5556  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5557  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5558  */
5559 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5560 {
5561         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5562         int i, this_nid;
5563
5564         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5565                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5566 }
5567
5568 /**
5569  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5570  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5571  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5572  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5573  *
5574  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5575  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5576  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5577  * PFNs will be 0.
5578  */
5579 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5580                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5581 {
5582         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5583         int i;
5584
5585         *start_pfn = -1UL;
5586         *end_pfn = 0;
5587
5588         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5589                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5590                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5591         }
5592
5593         if (*start_pfn == -1UL)
5594                 *start_pfn = 0;
5595 }
5596
5597 /*
5598  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5599  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5600  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5601  */
5602 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5603 {
5604         int zone_index;
5605         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5606                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5607                         continue;
5608
5609                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5610                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5611                         break;
5612         }
5613
5614         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5615         movable_zone = zone_index;
5616 }
5617
5618 /*
5619  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5620  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5621  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5622  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5623  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5624  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5625  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5626  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5627  */
5628 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5629                                         unsigned long zone_type,
5630                                         unsigned long node_start_pfn,
5631                                         unsigned long node_end_pfn,
5632                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5633                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5634 {
5635         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5636         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5637                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5638                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5639                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5640                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5641                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5642
5643                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5644                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5645                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5646                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5647                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5648
5649                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5650                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5651                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5652         }
5653 }
5654
5655 /*
5656  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5657  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5658  */
5659 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5660                                         unsigned long zone_type,
5661                                         unsigned long node_start_pfn,
5662                                         unsigned long node_end_pfn,
5663                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5664                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5665                                         unsigned long *ignored)
5666 {
5667         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5668         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5669                 return 0;
5670
5671         /* Get the start and end of the zone */
5672         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5673         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5674         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5675                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5676                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5677
5678         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5679         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5680                 return 0;
5681
5682         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5683         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5684         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5685
5686         /* Return the spanned pages */
5687         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5688 }
5689
5690 /*
5691  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5692  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5693  */
5694 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5695                                 unsigned long range_start_pfn,
5696                                 unsigned long range_end_pfn)
5697 {
5698         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5699         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5700         int i;
5701
5702         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5703                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5704                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5705                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5706         }
5707         return nr_absent;
5708 }
5709
5710 /**
5711  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5712  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5713  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5714  *
5715  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5716  */
5717 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5718                                                         unsigned long end_pfn)
5719 {
5720         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5721 }
5722
5723 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5724 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5725                                         unsigned long zone_type,
5726                                         unsigned long node_start_pfn,
5727                                         unsigned long node_end_pfn,
5728                                         unsigned long *ignored)
5729 {
5730         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5731         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5732         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5733         unsigned long nr_absent;
5734
5735         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5736         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5737                 return 0;
5738
5739         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5740         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5741
5742         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5743                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5744                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5745         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5746
5747         /*
5748          * ZONE_MOVABLE handling.
5749          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5750          * and vice versa.
5751          */
5752         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5753                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5754                 struct memblock_region *r;
5755
5756                 for_each_memblock(memory, r) {
5757                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5758                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5759                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5760                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5761
5762                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5763                             memblock_is_mirror(r))
5764                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5765
5766                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5767                             !memblock_is_mirror(r))
5768                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5769                 }
5770         }
5771
5772         return nr_absent;
5773 }
5774
5775 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5776 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5777                                         unsigned long zone_type,
5778                                         unsigned long node_start_pfn,
5779                                         unsigned long node_end_pfn,
5780                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5781                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5782                                         unsigned long *zones_size)
5783 {
5784         unsigned int zone;
5785
5786         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5787         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5788                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5789
5790         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5791
5792         return zones_size[zone_type];
5793 }
5794
5795 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5796                                                 unsigned long zone_type,
5797                                                 unsigned long node_start_pfn,
5798                                                 unsigned long node_end_pfn,
5799                                                 unsigned long *zholes_size)
5800 {
5801         if (!zholes_size)
5802                 return 0;
5803
5804         return zholes_size[zone_type];
5805 }
5806
5807 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5808
5809 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5810                                                 unsigned long node_start_pfn,
5811                                                 unsigned long node_end_pfn,
5812                                                 unsigned long *zones_size,
5813                                                 unsigned long *zholes_size)
5814 {
5815         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5816         enum zone_type i;
5817
5818         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5819                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5820                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5821                 unsigned long size, real_size;
5822
5823                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5824                                                   node_start_pfn,
5825                                                   node_end_pfn,
5826                                                   &zone_start_pfn,
5827                                                   &zone_end_pfn,
5828                                                   zones_size);
5829                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5830                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5831                                                   zholes_size);
5832                 if (size)
5833                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5834                 else
5835                         zone->zone_start_pfn = 0;
5836                 zone->spanned_pages = size;
5837                 zone->present_pages = real_size;
5838
5839                 totalpages += size;
5840                 realtotalpages += real_size;
5841         }
5842
5843         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5844         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5845         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5846                                                         realtotalpages);
5847 }
5848
5849 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5850 /*
5851  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5852  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5853  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5854  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5855  * bytes.
5856  */
5857 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5858 {
5859         unsigned long usemapsize;
5860
5861         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5862         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5863         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5864         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5865         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5866
5867         return usemapsize / 8;
5868 }
5869
5870 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5871                                 struct zone *zone,
5872                                 unsigned long zone_start_pfn,
5873                                 unsigned long zonesize)
5874 {
5875         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5876         zone->pageblock_flags = NULL;
5877         if (usemapsize)
5878                 zone->pageblock_flags =
5879                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5880                                                          pgdat->node_id);
5881 }
5882 #else
5883 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5884                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5885 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5886
5887 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5888
5889 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5890 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5891 {
5892         unsigned int order;
5893
5894         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5895         if (pageblock_order)
5896                 return;
5897
5898         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5899                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5900         else
5901                 order = MAX_ORDER - 1;
5902
5903         /*
5904          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5905          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5906          * powerpc.
5907          */
5908         pageblock_order = order;
5909 }
5910 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5911
5912 /*
5913  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5914  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5915  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5916  * the kernel config
5917  */
5918 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5919 {
5920 }
5921
5922 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5923
5924 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5925                                                    unsigned long present_pages)
5926 {
5927         unsigned long pages = spanned_pages;
5928
5929         /*
5930          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5931          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5932          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5933          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5934          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5935          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5936          */
5937         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5938             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5939                 pages = present_pages;
5940
5941         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5942 }
5943
5944 /*
5945  * Set up the zone data structures:
5946  *   - mark all pages reserved
5947  *   - mark all memory queues empty
5948  *   - clear the memory bitmaps
5949  *
5950  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5951  */
5952 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5953 {
5954         enum zone_type j;
5955         int nid = pgdat->node_id;
5956         int ret;
5957
5958         pgdat_resize_init(pgdat);
5959 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5960         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5961         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5962         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5963 #endif
5964 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5965         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5966         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5967         pgdat->split_queue_len = 0;
5968 #endif
5969         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5970         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5971 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5972         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5973 #endif
5974         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5975         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5976         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5977
5978         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5979                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5980                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5981                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5982
5983                 size = zone->spanned_pages;
5984                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5985
5986                 /*
5987                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5988                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5989                  * and per-cpu initialisations
5990                  */
5991                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5992                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5993                         if (freesize >= memmap_pages) {
5994                                 freesize -= memmap_pages;
5995                                 if (memmap_pages)
5996                                         printk(KERN_DEBUG
5997                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5998                                                zone_names[j], memmap_pages);
5999                         } else
6000                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6001                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6002                 }
6003
6004                 /* Account for reserved pages */
6005                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6006                         freesize -= dma_reserve;
6007                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6008                                         zone_names[0], dma_reserve);
6009                 }
6010
6011                 if (!is_highmem_idx(j))
6012                         nr_kernel_pages += freesize;
6013                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6014                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6015                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6016                 nr_all_pages += freesize;
6017
6018                 /*
6019                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6020                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6021                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6022                  */
6023                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6024 #ifdef CONFIG_NUMA
6025                 zone->node = nid;
6026 #endif
6027                 zone->name = zone_names[j];
6028                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6029                 spin_lock_init(&zone->lock);
6030                 zone_seqlock_init(zone);
6031                 zone_pcp_init(zone);
6032
6033                 if (!size)
6034                         continue;
6035
6036                 set_pageblock_order();
6037                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6038                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6039                 BUG_ON(ret);
6040                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6041         }
6042 }
6043
6044 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6045 {
6046         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6047         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6048
6049         /* Skip empty nodes */
6050         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6051                 return;
6052
6053 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6054         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6055         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6056         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6057         if (!pgdat->node_mem_map) {
6058                 unsigned long size, end;
6059                 struct page *map;
6060
6061                 /*
6062                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6063                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6064                  * for the buddy allocator to function correctly.
6065                  */
6066                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6067                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6068                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6069                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6070                 if (!map)
6071                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6072                                                                pgdat->node_id);
6073                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6074         }
6075 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6076         /*
6077          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6078          */
6079         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6080                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6081 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6082                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6083                         mem_map -= offset;
6084 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6085         }
6086 #endif
6087 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6088 }
6089
6090 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6091                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6092 {
6093         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6094         unsigned long start_pfn = 0;
6095         unsigned long end_pfn = 0;
6096
6097         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6098         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6099
6100         reset_deferred_meminit(pgdat);
6101         pgdat->node_id = nid;
6102         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6103         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6104 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6105         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6106         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6107                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6108                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6109 #else
6110         start_pfn = node_start_pfn;
6111 #endif
6112         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6113                                   zones_size, zholes_size);
6114
6115         alloc_node_mem_map(pgdat);
6116 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6117         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6118                 nid, (unsigned long)pgdat,
6119                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6120 #endif
6121
6122         free_area_init_core(pgdat);
6123 }
6124
6125 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6126
6127 #if MAX_NUMNODES > 1
6128 /*
6129  * Figure out the number of possible node ids.
6130  */
6131 void __init setup_nr_node_ids(void)
6132 {
6133         unsigned int highest;
6134
6135         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6136         nr_node_ids = highest + 1;
6137 }
6138 #endif
6139
6140 /**
6141  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6142  *
6143  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6144  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6145  * all the nodes.
6146  *
6147  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6148  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6149  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6150  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6151  *
6152  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6153  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6154  * populated node map.
6155  *
6156  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6157  * requirement (single node).
6158  */
6159 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6160 {
6161         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6162         unsigned long start, end, mask;
6163         int last_nid = -1;
6164         int i, nid;
6165
6166         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6167                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6168                         last_nid = nid;
6169                         last_end = end;
6170                         continue;
6171                 }
6172
6173                 /*
6174                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6175                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6176                  * too coarse to separate the current node from the last.
6177                  */
6178                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6179                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6180                         mask <<= 1;
6181
6182                 /* accumulate all internode masks */
6183                 accl_mask |= mask;
6184         }
6185
6186         /* convert mask to number of pages */
6187         return ~accl_mask + 1;
6188 }
6189
6190 /* Find the lowest pfn for a node */
6191 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6192 {
6193         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6194         unsigned long start_pfn;
6195         int i;
6196
6197         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6198                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6199
6200         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6201                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6202                 return 0;
6203         }
6204
6205         return min_pfn;
6206 }
6207
6208 /**
6209  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6210  *
6211  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6212  * memblock_set_node().
6213  */
6214 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6215 {
6216         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6217 }
6218
6219 /*
6220  * early_calculate_totalpages()
6221  * Sum pages in active regions for movable zone.
6222  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6223  */
6224 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6225 {
6226         unsigned long totalpages = 0;
6227         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6228         int i, nid;
6229
6230         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6231                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6232
6233                 totalpages += pages;
6234                 if (pages)
6235                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6236         }
6237         return totalpages;
6238 }
6239
6240 /*
6241  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6242  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6243  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6244  * others
6245  */
6246 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6247 {
6248         int i, nid;
6249         unsigned long usable_startpfn;
6250         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6251         /* save the state before borrow the nodemask */
6252         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6253         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6254         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6255         struct memblock_region *r;
6256
6257         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6258         find_usable_zone_for_movable();
6259
6260         /*
6261          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6262          * options.
6263          */
6264         if (movable_node_is_enabled()) {
6265                 for_each_memblock(memory, r) {
6266                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6267                                 continue;
6268
6269                         nid = r->nid;
6270
6271                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6272                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6273                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6274                                 usable_startpfn;
6275                 }
6276
6277                 goto out2;
6278         }
6279
6280         /*
6281          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6282          */
6283         if (mirrored_kernelcore) {
6284                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6285
6286                 for_each_memblock(memory, r) {
6287                         if (memblock_is_mirror(r))
6288                                 continue;
6289
6290                         nid = r->nid;
6291
6292                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6293
6294                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6295                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6296                                 continue;
6297                         }
6298
6299                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6300                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6301                                 usable_startpfn;
6302                 }
6303
6304                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6305                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6306
6307                 goto out2;
6308         }
6309
6310         /*
6311          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6312          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6313          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6314          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6315          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6316          * what movablecore would have allowed.
6317          */
6318         if (required_movablecore) {
6319                 unsigned long corepages;
6320
6321                 /*
6322                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6323                  * was requested by the user
6324                  */
6325                 required_movablecore =
6326                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6327                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6328                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6329
6330                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6331         }
6332
6333         /*
6334          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6335          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6336          */
6337         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6338                 goto out;
6339
6340         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6341         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6342
6343 restart:
6344         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6345         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6346         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6347                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6348
6349                 /*
6350                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6351                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6352                  * amount of memory for the kernel
6353                  */
6354                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6355                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6356
6357                 /*
6358                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6359                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6360                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6361                  */
6362                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6363
6364                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6365                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6366                         unsigned long size_pages;
6367
6368                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6369                         if (start_pfn >= end_pfn)
6370                                 continue;
6371
6372                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6373                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6374                                 unsigned long kernel_pages;
6375                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6376                                                                 - start_pfn;
6377
6378                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6379                                                         kernelcore_remaining);
6380                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6381                                                         required_kernelcore);
6382
6383                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6384                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6385
6386                                         /*
6387                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6388                                          * that if we have to rebalance
6389                                          * kernelcore across nodes, we will
6390                                          * not double account here
6391                                          */
6392                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6393                                         continue;
6394                                 }
6395                                 start_pfn = usable_startpfn;
6396                         }
6397
6398                         /*
6399                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6400                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6401                          * number of pages used as kernelcore
6402                          */
6403                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6404                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6405                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6406                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6407
6408                         /*
6409                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6410                          * break if the kernelcore for this node has been
6411                          * satisfied
6412                          */
6413                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6414                                                                 size_pages);
6415                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6416                         if (!kernelcore_remaining)
6417                                 break;
6418                 }
6419         }
6420
6421         /*
6422          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6423          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6424          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6425          * satisfied
6426          */
6427         usable_nodes--;
6428         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6429                 goto restart;
6430
6431 out2:
6432         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6433         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6434                 zone_movable_pfn[nid] =
6435                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6436
6437 out:
6438         /* restore the node_state */
6439         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6440 }
6441
6442 /* Any regular or high memory on that node ? */
6443 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6444 {
6445         enum zone_type zone_type;
6446
6447         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6448                 return;
6449
6450         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6451                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6452                 if (populated_zone(zone)) {
6453                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6454                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6455                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6456                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6457                         break;
6458                 }
6459         }
6460 }
6461
6462 /**
6463  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6464  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6465  *
6466  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6467  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6468  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6469  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6470  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6471  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6472  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6473  * at arch_max_dma_pfn.
6474  */
6475 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6476 {
6477         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6478         int i, nid;
6479
6480         /* Record where the zone boundaries are */
6481         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6482                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6483         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6484                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6485
6486         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6487
6488         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6489                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6490                         continue;
6491
6492                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6493                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6494                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6495
6496                 start_pfn = end_pfn;
6497         }
6498
6499         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6500         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6501         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6502
6503         /* Print out the zone ranges */
6504         pr_info("Zone ranges:\n");
6505         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6506                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6507                         continue;
6508                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6509                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6510                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6511                         pr_cont("empty\n");
6512                 else
6513                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6514                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6515                                         << PAGE_SHIFT,
6516                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6517                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6518         }
6519
6520         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6521         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6522         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6523                 if (zone_movable_pfn[i])
6524                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6525                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6526         }
6527
6528         /* Print out the early node map */
6529         pr_info("Early memory node ranges\n");
6530         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6531                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6532                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6533                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6534
6535         /* Initialise every node */
6536         mminit_verify_pageflags_layout();
6537         setup_nr_node_ids();
6538         for_each_online_node(nid) {
6539                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6540                 free_area_init_node(nid, NULL,
6541                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6542
6543                 /* Any memory on that node */
6544                 if (pgdat->node_present_pages)
6545                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6546                 check_for_memory(pgdat, nid);
6547         }
6548 }
6549
6550 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6551 {
6552         unsigned long long coremem;
6553         if (!p)
6554                 return -EINVAL;
6555
6556         coremem = memparse(p, &p);
6557         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6558
6559         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6560         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6561
6562         return 0;
6563 }
6564
6565 /*
6566  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6567  * cannot be reclaimed or migrated.
6568  */
6569 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6570 {
6571         /* parse kernelcore=mirror */
6572         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6573                 mirrored_kernelcore = true;
6574                 return 0;
6575         }
6576
6577         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6578 }
6579
6580 /*
6581  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6582  * can be reclaimed or migrated.
6583  */
6584 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6585 {
6586         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6587 }
6588
6589 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6590 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6591
6592 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6593
6594 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6595 {
6596         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6597         page_zone(page)->managed_pages += count;
6598         totalram_pages += count;
6599 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6600         if (PageHighMem(page))
6601                 totalhigh_pages += count;
6602 #endif
6603         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6604 }
6605 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6606
6607 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6608 {
6609         void *pos;
6610         unsigned long pages = 0;
6611
6612         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6613         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6614         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6615                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6616                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6617                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6618         }
6619
6620         if (pages && s)
6621                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6622                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6623
6624         return pages;
6625 }
6626 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6627
6628 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6629 void free_highmem_page(struct page *page)
6630 {
6631         __free_reserved_page(page);
6632         totalram_pages++;
6633         page_zone(page)->managed_pages++;
6634         totalhigh_pages++;
6635 }
6636 #endif
6637
6638
6639 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6640 {
6641         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6642         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6643
6644         physpages = get_num_physpages();
6645         codesize = _etext - _stext;
6646         datasize = _edata - _sdata;
6647         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6648         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6649         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6650         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6651
6652         /*
6653          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6654          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6655          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6656          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6657          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6658          */
6659 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6660         do { \
6661                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6662                         size -= adj; \
6663         } while (0)
6664
6665         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6666                      _sinittext, init_code_size);
6667         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6668         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6669         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6670         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6671
6672 #undef  adj_init_size
6673
6674         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6675 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6676                 ", %luK highmem"
6677 #endif
6678                 "%s%s)\n",
6679                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6680                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6681                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6682                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6683                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6684                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6685 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6686                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6687 #endif
6688                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6689 }
6690
6691 /**
6692  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6693  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6694  *
6695  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6696  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6697  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6698  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6699  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6700  * smaller per-cpu batchsize.
6701  */
6702 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6703 {
6704         dma_reserve = new_dma_reserve;
6705 }
6706
6707 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6708 {
6709         free_area_init_node(0, zones_size,
6710                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6711 }
6712
6713 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6714 {
6715
6716         lru_add_drain_cpu(cpu);
6717         drain_pages(cpu);
6718
6719         /*
6720          * Spill the event counters of the dead processor
6721          * into the current processors event counters.
6722          * This artificially elevates the count of the current
6723          * processor.
6724          */
6725         vm_events_fold_cpu(cpu);
6726
6727         /*
6728          * Zero the differential counters of the dead processor
6729          * so that the vm statistics are consistent.
6730          *
6731          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6732          * race with what we are doing.
6733          */
6734         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6735         return 0;
6736 }
6737
6738 void __init page_alloc_init(void)
6739 {
6740         int ret;
6741
6742         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6743                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6744                                         page_alloc_cpu_dead);
6745         WARN_ON(ret < 0);
6746 }
6747
6748 /*
6749  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6750  *      or min_free_kbytes changes.
6751  */
6752 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6753 {
6754         struct pglist_data *pgdat;
6755         unsigned long reserve_pages = 0;
6756         enum zone_type i, j;
6757
6758         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6759
6760                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6761
6762                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6763                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6764                         long max = 0;
6765
6766                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6767                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6768                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6769                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6770                         }
6771
6772                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6773                         max += high_wmark_pages(zone);
6774
6775                         if (max > zone->managed_pages)
6776                                 max = zone->managed_pages;
6777
6778                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6779
6780                         reserve_pages += max;
6781                 }
6782         }
6783         totalreserve_pages = reserve_pages;
6784 }
6785
6786 /*
6787  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6788  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6789  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6790  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6791  */
6792 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6793 {
6794         struct pglist_data *pgdat;
6795         enum zone_type j, idx;
6796
6797         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6798                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6799                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6800                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6801
6802                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6803
6804                         idx = j;
6805                         while (idx) {
6806                                 struct zone *lower_zone;
6807
6808                                 idx--;
6809
6810                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6811                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6812
6813                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6814                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6815                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6816                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6817                         }
6818                 }
6819         }
6820
6821         /* update totalreserve_pages */
6822         calculate_totalreserve_pages();
6823 }
6824
6825 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6826 {
6827         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6828         unsigned long lowmem_pages = 0;
6829         struct zone *zone;
6830         unsigned long flags;
6831
6832         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6833         for_each_zone(zone) {
6834                 if (!is_highmem(zone))
6835                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6836         }
6837
6838         for_each_zone(zone) {
6839                 u64 tmp;
6840
6841                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6842                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6843                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6844                 if (is_highmem(zone)) {
6845                         /*
6846                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6847                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6848                          * value here.
6849                          *
6850                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6851                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6852                          * not be capped for highmem.
6853                          */
6854                         unsigned long min_pages;
6855
6856                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6857                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6858                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6859                 } else {
6860                         /*
6861                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6862                          * proportionate to the zone's size.
6863                          */
6864                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6865                 }
6866
6867                 /*
6868                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6869                  * scale factor in proportion to available memory, but
6870                  * ensure a minimum size on small systems.
6871                  */
6872                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6873                             mult_frac(zone->managed_pages,
6874                                       watermark_scale_factor, 10000));
6875
6876                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6877                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6878
6879                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6880         }
6881
6882         /* update totalreserve_pages */
6883         calculate_totalreserve_pages();
6884 }
6885
6886 /**
6887  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6888  * or when memory is hot-{added|removed}
6889  *
6890  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6891  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6892  */
6893 void setup_per_zone_wmarks(void)
6894 {
6895         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6896         __setup_per_zone_wmarks();
6897         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6898 }
6899
6900 /*
6901  * Initialise min_free_kbytes.
6902  *
6903  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6904  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6905  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6906  *
6907  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6908  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6909  *
6910  * which yields
6911  *
6912  * 16MB:        512k
6913  * 32MB:        724k
6914  * 64MB:        1024k
6915  * 128MB:       1448k
6916  * 256MB:       2048k
6917  * 512MB:       2896k
6918  * 1024MB:      4096k
6919  * 2048MB:      5792k
6920  * 4096MB:      8192k
6921  * 8192MB:      11584k
6922  * 16384MB:     16384k
6923  */
6924 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6925 {
6926         unsigned long lowmem_kbytes;
6927         int new_min_free_kbytes;
6928
6929         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6930         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6931
6932         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6933                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6934                 if (min_free_kbytes < 128)
6935                         min_free_kbytes = 128;
6936                 if (min_free_kbytes > 65536)
6937                         min_free_kbytes = 65536;
6938         } else {
6939                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6940                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6941         }
6942         setup_per_zone_wmarks();
6943         refresh_zone_stat_thresholds();
6944         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6945
6946 #ifdef CONFIG_NUMA
6947         setup_min_unmapped_ratio();
6948         setup_min_slab_ratio();
6949 #endif
6950
6951         return 0;
6952 }
6953 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6954
6955 /*
6956  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6957  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6958  *      changes.
6959  */
6960 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6961         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6962 {
6963         int rc;
6964
6965         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6966         if (rc)
6967                 return rc;
6968
6969         if (write) {
6970                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6971                 setup_per_zone_wmarks();
6972         }
6973         return 0;
6974 }
6975
6976 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6977         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6978 {
6979         int rc;
6980
6981         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6982         if (rc)
6983                 return rc;
6984
6985         if (write)
6986                 setup_per_zone_wmarks();
6987
6988         return 0;
6989 }
6990
6991 #ifdef CONFIG_NUMA
6992 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6993 {
6994         pg_data_t *pgdat;
6995         struct zone *zone;
6996
6997         for_each_online_pgdat(pgdat)
6998                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6999
7000         for_each_zone(zone)
7001                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7002                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7003 }
7004
7005
7006 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7007         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7008 {
7009         int rc;
7010
7011         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7012         if (rc)
7013                 return rc;
7014
7015         setup_min_unmapped_ratio();
7016
7017         return 0;
7018 }
7019
7020 static void setup_min_slab_ratio(void)
7021 {
7022         pg_data_t *pgdat;
7023         struct zone *zone;
7024
7025         for_each_online_pgdat(pgdat)
7026                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7027
7028         for_each_zone(zone)
7029                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7030                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7031 }
7032
7033 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7034         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7035 {
7036         int rc;
7037
7038         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7039         if (rc)
7040                 return rc;
7041
7042         setup_min_slab_ratio();
7043
7044         return 0;
7045 }
7046 #endif
7047
7048 /*
7049  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7050  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7051  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7052  *
7053  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7054  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7055  * if in function of the boot time zone sizes.
7056  */
7057 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7058         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7059 {
7060         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7061         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7062         return 0;
7063 }
7064
7065 /*
7066  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7067  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7068  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7069  */
7070 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7071         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7072 {
7073         struct zone *zone;
7074         int old_percpu_pagelist_fraction;
7075         int ret;
7076
7077         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7078         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7079
7080         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7081         if (!write || ret < 0)
7082                 goto out;
7083
7084         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7085         if (percpu_pagelist_fraction &&
7086             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7087                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7088                 ret = -EINVAL;
7089                 goto out;
7090         }
7091
7092         /* No change? */
7093         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7094                 goto out;
7095
7096         for_each_populated_zone(zone) {
7097                 unsigned int cpu;
7098
7099                 for_each_possible_cpu(cpu)
7100                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7101                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7102         }
7103 out:
7104         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7105         return ret;
7106 }
7107
7108 #ifdef CONFIG_NUMA
7109 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7110
7111 static int __init set_hashdist(char *str)
7112 {
7113         if (!str)
7114                 return 0;
7115         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7116         return 1;
7117 }
7118 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7119 #endif
7120
7121 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7122 /*
7123  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7124  * is not known to alloc_large_system_hash().
7125  */
7126 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7127 {
7128         return 0;
7129 }
7130 #endif
7131
7132 /*
7133  * allocate a large system hash table from bootmem
7134  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7135  *   quantity of entries
7136  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7137  */
7138 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7139                                      unsigned long bucketsize,
7140                                      unsigned long numentries,
7141                                      int scale,
7142                                      int flags,
7143                                      unsigned int *_hash_shift,
7144                                      unsigned int *_hash_mask,
7145                                      unsigned long low_limit,
7146                                      unsigned long high_limit)
7147 {
7148         unsigned long long max = high_limit;
7149         unsigned long log2qty, size;
7150         void *table = NULL;
7151
7152         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7153         if (!numentries) {
7154                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7155                 numentries = nr_kernel_pages;
7156                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7157
7158                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7159                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7160                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7161
7162                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7163                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7164                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7165                 else
7166                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7167
7168                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7169                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7170                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7171                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7172                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7173                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7174                                 BUG_ON(!numentries);
7175                         }
7176                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7177                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7178         }
7179         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7180
7181         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7182         if (max == 0) {
7183                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7184                 do_div(max, bucketsize);
7185         }
7186         max = min(max, 0x80000000ULL);
7187
7188         if (numentries < low_limit)
7189                 numentries = low_limit;
7190         if (numentries > max)
7191                 numentries = max;
7192
7193         log2qty = ilog2(numentries);
7194
7195         do {
7196                 size = bucketsize << log2qty;
7197                 if (flags & HASH_EARLY)
7198                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7199                 else if (hashdist)
7200                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7201                 else {
7202                         /*
7203                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7204                          * some pages at the end of hash table which
7205                          * alloc_pages_exact() automatically does
7206                          */
7207                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7208                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7209                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7210                         }
7211                 }
7212         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7213
7214         if (!table)
7215                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7216
7217         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7218                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7219
7220         if (_hash_shift)
7221                 *_hash_shift = log2qty;
7222         if (_hash_mask)
7223                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7224
7225         return table;
7226 }
7227
7228 /*
7229  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7230  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7231  *
7232  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7233  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7234  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7235  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7236  */
7237 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7238                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7239 {
7240         unsigned long pfn, iter, found;
7241         int mt;
7242
7243         /*
7244          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7245          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7246          */
7247         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7248                 return false;
7249         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7250         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7251                 return false;
7252
7253         pfn = page_to_pfn(page);
7254         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7255                 unsigned long check = pfn + iter;
7256
7257                 if (!pfn_valid_within(check))
7258                         continue;
7259
7260                 page = pfn_to_page(check);
7261
7262                 /*
7263                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7264                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7265                  * handle each tail page individually in migration.
7266                  */
7267                 if (PageHuge(page)) {
7268                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7269                         continue;
7270                 }
7271
7272                 /*
7273                  * We can't use page_count without pin a page
7274                  * because another CPU can free compound page.
7275                  * This check already skips compound tails of THP
7276                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7277                  */
7278                 if (!page_ref_count(page)) {
7279                         if (PageBuddy(page))
7280                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7281                         continue;
7282                 }
7283
7284                 /*
7285                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7286                  * page_count() is not 0.
7287                  */
7288                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7289                         continue;
7290
7291                 if (__PageMovable(page))
7292                         continue;
7293
7294                 if (!PageLRU(page))
7295                         found++;
7296                 /*
7297                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7298                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7299                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7300                  */
7301                 /*
7302                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7303                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7304                  *
7305                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7306                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7307                  * page at boot.
7308                  */
7309                 if (found > count)
7310                         return true;
7311         }
7312         return false;
7313 }
7314
7315 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7316 {
7317         struct zone *zone;
7318         unsigned long pfn;
7319
7320         /*
7321          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7322          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7323          * the zone but still within the section.
7324          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7325          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7326          */
7327         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7328                 return false;
7329
7330         zone = page_zone(page);
7331         pfn = page_to_pfn(page);
7332         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7333                 return false;
7334
7335         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7336 }
7337
7338 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7339
7340 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7341 {
7342         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7343                              pageblock_nr_pages) - 1);
7344 }
7345
7346 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7347 {
7348         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7349                                 pageblock_nr_pages));
7350 }
7351
7352 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7353 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7354                                         unsigned long start, unsigned long end)
7355 {
7356         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7357         unsigned long nr_reclaimed;
7358         unsigned long pfn = start;
7359         unsigned int tries = 0;
7360         int ret = 0;
7361
7362         migrate_prep();
7363
7364         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7365                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7366                         ret = -EINTR;
7367                         break;
7368                 }
7369
7370                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7371                         cc->nr_migratepages = 0;
7372                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7373                         if (!pfn) {
7374                                 ret = -EINTR;
7375                                 break;
7376                         }
7377                         tries = 0;
7378                 } else if (++tries == 5) {
7379                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7380                         break;
7381                 }
7382
7383                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7384                                                         &cc->migratepages);
7385                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7386
7387                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7388                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7389         }
7390         if (ret < 0) {
7391                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7392                 return ret;
7393         }
7394         return 0;
7395 }
7396
7397 /**
7398  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7399  * @start:      start PFN to allocate
7400  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7401  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7402  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7403  *                      in range must have the same migratetype and it must
7404  *                      be either of the two.
7405  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7406  *
7407  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7408  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7409  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7410  * pages fall in.
7411  *
7412  * The PFN range must belong to a single zone.
7413  *
7414  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7415  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7416  * need to be freed with free_contig_range().
7417  */
7418 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7419                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7420 {
7421         unsigned long outer_start, outer_end;
7422         unsigned int order;
7423         int ret = 0;
7424
7425         struct compact_control cc = {
7426                 .nr_migratepages = 0,
7427                 .order = -1,
7428                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7429                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7430                 .ignore_skip_hint = true,
7431                 .gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask),
7432         };
7433         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7434
7435         /*
7436          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7437          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7438          * have different sizes, and due to the way page allocator
7439          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7440          * that page allocator won't try to merge buddies from
7441          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7442          * other migration type.
7443          *
7444          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7445          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7446          * we are interested in).  This will put all the pages in
7447          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7448          *
7449          * When this is done, we take the pages in range from page
7450          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7451          * page allocator will never consider using them.
7452          *
7453          * This lets us mark the pageblocks back as
7454          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7455          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7456          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7457          */
7458
7459         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7460                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7461                                        false);
7462         if (ret)
7463                 return ret;
7464
7465         /*
7466          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7467          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7468          */
7469         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7470         if (ret && ret != -EBUSY)
7471                 goto done;
7472
7473         /*
7474          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7475          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7476          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7477          * What we are going to do is to allocate all pages from
7478          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7479          *
7480          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7481          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7482          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7483          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7484          * once this is done free the pages we are not interested in.
7485          *
7486          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7487          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7488          */
7489
7490         lru_add_drain_all();
7491         drain_all_pages(cc.zone);
7492
7493         order = 0;
7494         outer_start = start;
7495         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7496                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7497                         outer_start = start;
7498                         break;
7499                 }
7500                 outer_start &= ~0UL << order;
7501         }
7502
7503         if (outer_start != start) {
7504                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7505
7506                 /*
7507                  * outer_start page could be small order buddy page and
7508                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7509                  * in this case to report failed page properly
7510                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7511                  */
7512                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7513                         outer_start = start;
7514         }
7515
7516         /* Make sure the range is really isolated. */
7517         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7518                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7519                         __func__, outer_start, end);
7520                 ret = -EBUSY;
7521                 goto done;
7522         }
7523
7524         /* Grab isolated pages from freelists. */
7525         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7526         if (!outer_end) {
7527                 ret = -EBUSY;
7528                 goto done;
7529         }
7530
7531         /* Free head and tail (if any) */
7532         if (start != outer_start)
7533                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7534         if (end != outer_end)
7535                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7536
7537 done:
7538         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7539                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7540         return ret;
7541 }
7542
7543 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7544 {
7545         unsigned int count = 0;
7546
7547         for (; nr_pages--; pfn++) {
7548                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7549
7550                 count += page_count(page) != 1;
7551                 __free_page(page);
7552         }
7553         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7554 }
7555 #endif
7556
7557 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7558 /*
7559  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7560  * page high values need to be recalulated.
7561  */
7562 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7563 {
7564         unsigned cpu;
7565         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7566         for_each_possible_cpu(cpu)
7567                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7568                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7569         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7570 }
7571 #endif
7572
7573 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7574 {
7575         unsigned long flags;
7576         int cpu;
7577         struct per_cpu_pageset *pset;
7578
7579         /* avoid races with drain_pages()  */
7580         local_irq_save(flags);
7581         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7582                 for_each_online_cpu(cpu) {
7583                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7584                         drain_zonestat(zone, pset);
7585                 }
7586                 free_percpu(zone->pageset);
7587                 zone->pageset = &boot_pageset;
7588         }
7589         local_irq_restore(flags);
7590 }
7591
7592 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7593 /*
7594  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7595  * before calling this.
7596  */
7597 void
7598 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7599 {
7600         struct page *page;
7601         struct zone *zone;
7602         unsigned int order, i;
7603         unsigned long pfn;
7604         unsigned long flags;
7605         /* find the first valid pfn */
7606         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7607                 if (pfn_valid(pfn))
7608                         break;
7609         if (pfn == end_pfn)
7610                 return;
7611         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7612         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7613         pfn = start_pfn;
7614         while (pfn < end_pfn) {
7615                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7616                         pfn++;
7617                         continue;
7618                 }
7619                 page = pfn_to_page(pfn);
7620                 /*
7621                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7622                  * page_count() is not 0.
7623                  */
7624                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7625                         pfn++;
7626                         SetPageReserved(page);
7627                         continue;
7628                 }
7629
7630                 BUG_ON(page_count(page));
7631                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7632                 order = page_order(page);
7633 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7634                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7635                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7636 #endif
7637                 list_del(&page->lru);
7638                 rmv_page_order(page);
7639                 zone->free_area[order].nr_free--;
7640                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7641                         SetPageReserved((page+i));
7642                 pfn += (1 << order);
7643         }
7644         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7645 }
7646 #endif
7647
7648 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7649 {
7650         struct zone *zone = page_zone(page);
7651         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7652         unsigned long flags;
7653         unsigned int order;
7654
7655         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7656         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7657                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7658
7659                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7660                         break;
7661         }
7662         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7663
7664         return order < MAX_ORDER;
7665 }