Merge branch 'akpm' (patches from Andrew)
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
85 /*
86  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
87  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
88  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
89  * defined in <linux/topology.h>.
90  */
91 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
92 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
93 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
94 #endif
95
96 /* work_structs for global per-cpu drains */
97 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
98 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
99
100 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
101 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
102 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
103 #endif
104
105 /*
106  * Array of node states.
107  */
108 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
109         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
110         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
111 #ifndef CONFIG_NUMA
112         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
114         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #endif
116 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
117         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
158  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
159  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
160  */
161
162 static gfp_t saved_gfp_mask;
163
164 void pm_restore_gfp_mask(void)
165 {
166         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
167         if (saved_gfp_mask) {
168                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
169                 saved_gfp_mask = 0;
170         }
171 }
172
173 void pm_restrict_gfp_mask(void)
174 {
175         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
176         WARN_ON(saved_gfp_mask);
177         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
178         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
179 }
180
181 bool pm_suspended_storage(void)
182 {
183         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
184                 return false;
185         return true;
186 }
187 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
188
189 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
190 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
191 #endif
192
193 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
194
195 /*
196  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
197  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
198  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
199  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
200  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
201  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
202  *
203  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
204  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
205  */
206 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
207 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
208          256,
209 #endif
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
211          256,
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
214          32,
215 #endif
216          32,
217 };
218
219 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
220
221 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
223          "DMA",
224 #endif
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
226          "DMA32",
227 #endif
228          "Normal",
229 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
230          "HighMem",
231 #endif
232          "Movable",
233 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
234          "Device",
235 #endif
236 };
237
238 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
239         "Unmovable",
240         "Movable",
241         "Reclaimable",
242         "HighAtomic",
243 #ifdef CONFIG_CMA
244         "CMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
247         "Isolate",
248 #endif
249 };
250
251 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
252         NULL,
253         free_compound_page,
254 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
255         free_huge_page,
256 #endif
257 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
258         free_transhuge_page,
259 #endif
260 };
261
262 int min_free_kbytes = 1024;
263 int user_min_free_kbytes = -1;
264 int watermark_scale_factor = 10;
265
266 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
267 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
268 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
269
270 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
271 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
272 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
273 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
274 static unsigned long __initdata required_movablecore;
275 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
276 static bool mirrored_kernelcore;
277
278 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
279 int movable_zone;
280 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
281 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
282
283 #if MAX_NUMNODES > 1
284 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
285 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
286 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
287 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
288 #endif
289
290 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
291
292 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
293 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
294 {
295         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
296 }
297
298 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
299 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
300 {
301         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
302
303         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
304                 return true;
305
306         return false;
307 }
308
309 /*
310  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
311  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
312  */
313 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
314                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
315                                 unsigned long *nr_initialised)
316 {
317         unsigned long max_initialise;
318
319         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
320         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
321                 return true;
322         /*
323          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
324          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
325          */
326         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
327                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
328
329         (*nr_initialised)++;
330         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
331             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
332                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
333                 return false;
334         }
335
336         return true;
337 }
338 #else
339 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
340 {
341 }
342
343 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
344 {
345         return false;
346 }
347
348 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
349                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
350                                 unsigned long *nr_initialised)
351 {
352         return true;
353 }
354 #endif
355
356 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
357 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
358                                                         unsigned long pfn)
359 {
360 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
361         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
362 #else
363         return page_zone(page)->pageblock_flags;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
368 {
369 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
370         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
371         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
372 #else
373         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
374         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
375 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
376 }
377
378 /**
379  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
380  * @page: The page within the block of interest
381  * @pfn: The target page frame number
382  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
383  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
384  *
385  * Return: pageblock_bits flags
386  */
387 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
388                                         unsigned long pfn,
389                                         unsigned long end_bitidx,
390                                         unsigned long mask)
391 {
392         unsigned long *bitmap;
393         unsigned long bitidx, word_bitidx;
394         unsigned long word;
395
396         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
397         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
398         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
399         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
400
401         word = bitmap[word_bitidx];
402         bitidx += end_bitidx;
403         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
404 }
405
406 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
407                                         unsigned long end_bitidx,
408                                         unsigned long mask)
409 {
410         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
411 }
412
413 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
414 {
415         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
416 }
417
418 /**
419  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
420  * @page: The page within the block of interest
421  * @flags: The flags to set
422  * @pfn: The target page frame number
423  * @end_bitidx: The last bit of interest
424  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
425  */
426 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
427                                         unsigned long pfn,
428                                         unsigned long end_bitidx,
429                                         unsigned long mask)
430 {
431         unsigned long *bitmap;
432         unsigned long bitidx, word_bitidx;
433         unsigned long old_word, word;
434
435         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
436
437         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
438         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
439         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
440         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
441
442         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
443
444         bitidx += end_bitidx;
445         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
447
448         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
449         for (;;) {
450                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
451                 if (word == old_word)
452                         break;
453                 word = old_word;
454         }
455 }
456
457 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
458 {
459         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
460                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
461                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
462
463         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
464                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
465 }
466
467 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
468 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
469 {
470         int ret = 0;
471         unsigned seq;
472         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
473         unsigned long sp, start_pfn;
474
475         do {
476                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
477                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
478                 sp = zone->spanned_pages;
479                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
480                         ret = 1;
481         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
482
483         if (ret)
484                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
485                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
486                         start_pfn, start_pfn + sp);
487
488         return ret;
489 }
490
491 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
492 {
493         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
494                 return 0;
495         if (zone != page_zone(page))
496                 return 0;
497
498         return 1;
499 }
500 /*
501  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
502  */
503 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
504 {
505         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
506                 return 1;
507         if (!page_is_consistent(zone, page))
508                 return 1;
509
510         return 0;
511 }
512 #else
513 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
514 {
515         return 0;
516 }
517 #endif
518
519 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
520                 unsigned long bad_flags)
521 {
522         static unsigned long resume;
523         static unsigned long nr_shown;
524         static unsigned long nr_unshown;
525
526         /*
527          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
528          * or allow a steady drip of one report per second.
529          */
530         if (nr_shown == 60) {
531                 if (time_before(jiffies, resume)) {
532                         nr_unshown++;
533                         goto out;
534                 }
535                 if (nr_unshown) {
536                         pr_alert(
537                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
538                                 nr_unshown);
539                         nr_unshown = 0;
540                 }
541                 nr_shown = 0;
542         }
543         if (nr_shown++ == 0)
544                 resume = jiffies + 60 * HZ;
545
546         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
547                 current->comm, page_to_pfn(page));
548         __dump_page(page, reason);
549         bad_flags &= page->flags;
550         if (bad_flags)
551                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
552                                                 bad_flags, &bad_flags);
553         dump_page_owner(page);
554
555         print_modules();
556         dump_stack();
557 out:
558         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
559         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
560         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
561 }
562
563 /*
564  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
565  *
566  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
567  *
568  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
569  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
570  *
571  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
572  * page destructors. See compound_page_dtors.
573  *
574  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
575  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
576  */
577
578 void free_compound_page(struct page *page)
579 {
580         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
581 }
582
583 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
584 {
585         int i;
586         int nr_pages = 1 << order;
587
588         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
589         set_compound_order(page, order);
590         __SetPageHead(page);
591         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
592                 struct page *p = page + i;
593                 set_page_count(p, 0);
594                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
595                 set_compound_head(p, page);
596         }
597         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
598 }
599
600 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
601 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
602 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
603                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
604 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
605 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
606
607 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
608 {
609         if (!buf)
610                 return -EINVAL;
611         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
612 }
613 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
614
615 static bool need_debug_guardpage(void)
616 {
617         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return false;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return false;
623
624         return true;
625 }
626
627 static void init_debug_guardpage(void)
628 {
629         if (!debug_pagealloc_enabled())
630                 return;
631
632         if (!debug_guardpage_minorder())
633                 return;
634
635         _debug_guardpage_enabled = true;
636 }
637
638 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
639         .need = need_debug_guardpage,
640         .init = init_debug_guardpage,
641 };
642
643 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
644 {
645         unsigned long res;
646
647         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
648                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
649                 return 0;
650         }
651         _debug_guardpage_minorder = res;
652         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
653         return 0;
654 }
655 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
656
657 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
658                                 unsigned int order, int migratetype)
659 {
660         struct page_ext *page_ext;
661
662         if (!debug_guardpage_enabled())
663                 return false;
664
665         if (order >= debug_guardpage_minorder())
666                 return false;
667
668         page_ext = lookup_page_ext(page);
669         if (unlikely(!page_ext))
670                 return false;
671
672         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
675         set_page_private(page, order);
676         /* Guard pages are not available for any usage */
677         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
678
679         return true;
680 }
681
682 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
683                                 unsigned int order, int migratetype)
684 {
685         struct page_ext *page_ext;
686
687         if (!debug_guardpage_enabled())
688                 return;
689
690         page_ext = lookup_page_ext(page);
691         if (unlikely(!page_ext))
692                 return;
693
694         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
695
696         set_page_private(page, 0);
697         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
698                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
699 }
700 #else
701 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
702 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
703                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
704 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
705                                 unsigned int order, int migratetype) {}
706 #endif
707
708 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
709 {
710         set_page_private(page, order);
711         __SetPageBuddy(page);
712 }
713
714 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
715 {
716         __ClearPageBuddy(page);
717         set_page_private(page, 0);
718 }
719
720 /*
721  * This function checks whether a page is free && is the buddy
722  * we can do coalesce a page and its buddy if
723  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
724  * (b) the buddy is in the buddy system &&
725  * (c) a page and its buddy have the same order &&
726  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
727  *
728  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
729  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
730  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
731  * serialized by zone->lock.
732  *
733  * For recording page's order, we use page_private(page).
734  */
735 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
736                                                         unsigned int order)
737 {
738         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
740                         return 0;
741
742                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
743
744                 return 1;
745         }
746
747         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
748                 /*
749                  * zone check is done late to avoid uselessly
750                  * calculating zone/node ids for pages that could
751                  * never merge.
752                  */
753                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
754                         return 0;
755
756                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
757
758                 return 1;
759         }
760         return 0;
761 }
762
763 /*
764  * Freeing function for a buddy system allocator.
765  *
766  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
767  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
768  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
769  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
770  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
771  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
772  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
773  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
774  * parts of the VM system.
775  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
776  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
777  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
778  * field.
779  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
780  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
781  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
782  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
783  * triggers coalescing into a block of larger size.
784  *
785  * -- nyc
786  */
787
788 static inline void __free_one_page(struct page *page,
789                 unsigned long pfn,
790                 struct zone *zone, unsigned int order,
791                 int migratetype)
792 {
793         unsigned long combined_pfn;
794         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
795         struct page *buddy;
796         unsigned int max_order;
797
798         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
799
800         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
801         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
802
803         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
804         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
805                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
806
807         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
808         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
809
810 continue_merging:
811         while (order < max_order - 1) {
812                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
813                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
814
815                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
816                         goto done_merging;
817                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
818                         goto done_merging;
819                 /*
820                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
821                  * merge with it and move up one order.
822                  */
823                 if (page_is_guard(buddy)) {
824                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
825                 } else {
826                         list_del(&buddy->lru);
827                         zone->free_area[order].nr_free--;
828                         rmv_page_order(buddy);
829                 }
830                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
831                 page = page + (combined_pfn - pfn);
832                 pfn = combined_pfn;
833                 order++;
834         }
835         if (max_order < MAX_ORDER) {
836                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
837                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
838                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
839                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
840                  *
841                  * We don't want to hit this code for the more frequent
842                  * low-order merging.
843                  */
844                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
845                         int buddy_mt;
846
847                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
848                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
849                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
850
851                         if (migratetype != buddy_mt
852                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
853                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
854                                 goto done_merging;
855                 }
856                 max_order++;
857                 goto continue_merging;
858         }
859
860 done_merging:
861         set_page_order(page, order);
862
863         /*
864          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
865          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
866          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
867          * that is happening, add the free page to the tail of the list
868          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
869          * as a higher order page
870          */
871         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
872                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
873                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
874                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
875                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
876                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
877                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
878                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
879                         list_add_tail(&page->lru,
880                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
881                         goto out;
882                 }
883         }
884
885         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
886 out:
887         zone->free_area[order].nr_free++;
888 }
889
890 /*
891  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
892  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
893  * check if necessary.
894  */
895 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
896                                         unsigned long check_flags)
897 {
898         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
899                 return false;
900
901         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
902                         page_ref_count(page) |
903 #ifdef CONFIG_MEMCG
904                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
905 #endif
906                         (page->flags & check_flags)))
907                 return false;
908
909         return true;
910 }
911
912 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
913 {
914         const char *bad_reason;
915         unsigned long bad_flags;
916
917         bad_reason = NULL;
918         bad_flags = 0;
919
920         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
921                 bad_reason = "nonzero mapcount";
922         if (unlikely(page->mapping != NULL))
923                 bad_reason = "non-NULL mapping";
924         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
925                 bad_reason = "nonzero _refcount";
926         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
927                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
928                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
929         }
930 #ifdef CONFIG_MEMCG
931         if (unlikely(page->mem_cgroup))
932                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
933 #endif
934         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
935 }
936
937 static inline int free_pages_check(struct page *page)
938 {
939         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
940                 return 0;
941
942         /* Something has gone sideways, find it */
943         free_pages_check_bad(page);
944         return 1;
945 }
946
947 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
948 {
949         int ret = 1;
950
951         /*
952          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
953          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
954          */
955         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
956
957         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
958                 ret = 0;
959                 goto out;
960         }
961         switch (page - head_page) {
962         case 1:
963                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
964                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
965                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
966                         goto out;
967                 }
968                 break;
969         case 2:
970                 /*
971                  * the second tail page: ->mapping is
972                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
973                  */
974                 break;
975         default:
976                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
977                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
978                         goto out;
979                 }
980                 break;
981         }
982         if (unlikely(!PageTail(page))) {
983                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
984                 goto out;
985         }
986         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
987                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
988                 goto out;
989         }
990         ret = 0;
991 out:
992         page->mapping = NULL;
993         clear_compound_head(page);
994         return ret;
995 }
996
997 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
998                                         unsigned int order, bool check_free)
999 {
1000         int bad = 0;
1001
1002         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1003
1004         trace_mm_page_free(page, order);
1005         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1006
1007         /*
1008          * Check tail pages before head page information is cleared to
1009          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1010          */
1011         if (unlikely(order)) {
1012                 bool compound = PageCompound(page);
1013                 int i;
1014
1015                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1016
1017                 if (compound)
1018                         ClearPageDoubleMap(page);
1019                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1020                         if (compound)
1021                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1022                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1023                                 bad++;
1024                                 continue;
1025                         }
1026                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1027                 }
1028         }
1029         if (PageMappingFlags(page))
1030                 page->mapping = NULL;
1031         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1032                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1033         if (check_free)
1034                 bad += free_pages_check(page);
1035         if (bad)
1036                 return false;
1037
1038         page_cpupid_reset_last(page);
1039         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1040         reset_page_owner(page, order);
1041
1042         if (!PageHighMem(page)) {
1043                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1044                                            PAGE_SIZE << order);
1045                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1046                                            PAGE_SIZE << order);
1047         }
1048         arch_free_page(page, order);
1049         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1051         kasan_free_pages(page, order);
1052
1053         return true;
1054 }
1055
1056 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1057 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1060 }
1061
1062 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1063 {
1064         return false;
1065 }
1066 #else
1067 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1070 }
1071
1072 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1073 {
1074         return free_pages_check(page);
1075 }
1076 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1077
1078 /*
1079  * Frees a number of pages from the PCP lists
1080  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1081  * count is the number of pages to free.
1082  *
1083  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1084  * see if this freeing clears that state.
1085  *
1086  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1087  * pinned" detection logic.
1088  */
1089 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1090                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1091 {
1092         int migratetype = 0;
1093         int batch_free = 0;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock(&zone->lock);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098
1099         while (count) {
1100                 struct page *page;
1101                 struct list_head *list;
1102
1103                 /*
1104                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1105                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1106                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1107                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1108                  * lists
1109                  */
1110                 do {
1111                         batch_free++;
1112                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1113                                 migratetype = 0;
1114                         list = &pcp->lists[migratetype];
1115                 } while (list_empty(list));
1116
1117                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1118                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1119                         batch_free = count;
1120
1121                 do {
1122                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1123
1124                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1125                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1126                         list_del(&page->lru);
1127
1128                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1129                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1130                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1131                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1132                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1133                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1134
1135                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1136                                 continue;
1137
1138                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1139                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1140                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1141         }
1142         spin_unlock(&zone->lock);
1143 }
1144
1145 static void free_one_page(struct zone *zone,
1146                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1147                                 unsigned int order,
1148                                 int migratetype)
1149 {
1150         spin_lock(&zone->lock);
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled();
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750
1751         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1752
1753         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1754                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1755                         clear_highpage(page + i);
1756
1757         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1758                 prep_compound_page(page, order);
1759
1760         /*
1761          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1762          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1763          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1764          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1765          */
1766         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1767                 set_page_pfmemalloc(page);
1768         else
1769                 clear_page_pfmemalloc(page);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1774  * the smallest available page from the freelists
1775  */
1776 static inline
1777 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1778                                                 int migratetype)
1779 {
1780         unsigned int current_order;
1781         struct free_area *area;
1782         struct page *page;
1783
1784         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1785         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1786                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1787                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1788                                                         struct page, lru);
1789                 if (!page)
1790                         continue;
1791                 list_del(&page->lru);
1792                 rmv_page_order(page);
1793                 area->nr_free--;
1794                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1795                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1796                 return page;
1797         }
1798
1799         return NULL;
1800 }
1801
1802
1803 /*
1804  * This array describes the order lists are fallen back to when
1805  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1806  */
1807 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1808         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1809         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1810         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1811 #ifdef CONFIG_CMA
1812         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1813 #endif
1814 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1815         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1816 #endif
1817 };
1818
1819 #ifdef CONFIG_CMA
1820 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1821                                         unsigned int order)
1822 {
1823         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1824 }
1825 #else
1826 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1827                                         unsigned int order) { return NULL; }
1828 #endif
1829
1830 /*
1831  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1832  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1833  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1834  */
1835 static int move_freepages(struct zone *zone,
1836                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1837                           int migratetype, int *num_movable)
1838 {
1839         struct page *page;
1840         unsigned int order;
1841         int pages_moved = 0;
1842
1843 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1844         /*
1845          * page_zone is not safe to call in this context when
1846          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1847          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1848          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1849          * grouping pages by mobility
1850          */
1851         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1852 #endif
1853
1854         if (num_movable)
1855                 *num_movable = 0;
1856
1857         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1858                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1859                         page++;
1860                         continue;
1861                 }
1862
1863                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1864                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1865
1866                 if (!PageBuddy(page)) {
1867                         /*
1868                          * We assume that pages that could be isolated for
1869                          * migration are movable. But we don't actually try
1870                          * isolating, as that would be expensive.
1871                          */
1872                         if (num_movable &&
1873                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1874                                 (*num_movable)++;
1875
1876                         page++;
1877                         continue;
1878                 }
1879
1880                 order = page_order(page);
1881                 list_move(&page->lru,
1882                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1883                 page += 1 << order;
1884                 pages_moved += 1 << order;
1885         }
1886
1887         return pages_moved;
1888 }
1889
1890 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1891                                 int migratetype, int *num_movable)
1892 {
1893         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1894         struct page *start_page, *end_page;
1895
1896         start_pfn = page_to_pfn(page);
1897         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1898         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1899         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1900         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1901
1902         /* Do not cross zone boundaries */
1903         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1904                 start_page = page;
1905         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1906                 return 0;
1907
1908         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
1909                                                                 num_movable);
1910 }
1911
1912 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1913                                         int start_order, int migratetype)
1914 {
1915         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1916
1917         while (nr_pageblocks--) {
1918                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1919                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1920         }
1921 }
1922
1923 /*
1924  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1925  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1926  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1927  *
1928  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1929  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1930  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1931  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1932  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1933  * pageblocks.
1934  */
1935 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1936 {
1937         /*
1938          * Leaving this order check is intended, although there is
1939          * relaxed order check in next check. The reason is that
1940          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1941          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1942          * so could be changed anytime.
1943          */
1944         if (order >= pageblock_order)
1945                 return true;
1946
1947         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1948                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1949                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1950                 page_group_by_mobility_disabled)
1951                 return true;
1952
1953         return false;
1954 }
1955
1956 /*
1957  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1958  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1959  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1960  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1961  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1962  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1963  */
1964 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1965                                         int start_type, bool whole_block)
1966 {
1967         unsigned int current_order = page_order(page);
1968         struct free_area *area;
1969         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1970         int old_block_type;
1971
1972         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1973
1974         /*
1975          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1976          * highatomic accounting.
1977          */
1978         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1979                 goto single_page;
1980
1981         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1982         if (current_order >= pageblock_order) {
1983                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1984                 goto single_page;
1985         }
1986
1987         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1988         if (!whole_block)
1989                 goto single_page;
1990
1991         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1992                                                 &movable_pages);
1993         /*
1994          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1995          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1996          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1997          */
1998         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1999                 alike_pages = movable_pages;
2000         } else {
2001                 /*
2002                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2003                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2004                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2005                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2006                  * exact migratetype of non-movable pages.
2007                  */
2008                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2009                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2010                                                 - (free_pages + movable_pages);
2011                 else
2012                         alike_pages = 0;
2013         }
2014
2015         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2016         if (!free_pages)
2017                 goto single_page;
2018
2019         /*
2020          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2021          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2022          */
2023         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2024                         page_group_by_mobility_disabled)
2025                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2026
2027         return;
2028
2029 single_page:
2030         area = &zone->free_area[current_order];
2031         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2032 }
2033
2034 /*
2035  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2036  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2037  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2038  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2039  */
2040 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2041                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2042 {
2043         int i;
2044         int fallback_mt;
2045
2046         if (area->nr_free == 0)
2047                 return -1;
2048
2049         *can_steal = false;
2050         for (i = 0;; i++) {
2051                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2052                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2053                         break;
2054
2055                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2056                         continue;
2057
2058                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2059                         *can_steal = true;
2060
2061                 if (!only_stealable)
2062                         return fallback_mt;
2063
2064                 if (*can_steal)
2065                         return fallback_mt;
2066         }
2067
2068         return -1;
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2073  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2074  */
2075 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2076                                 unsigned int alloc_order)
2077 {
2078         int mt;
2079         unsigned long max_managed, flags;
2080
2081         /*
2082          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2083          * Check is race-prone but harmless.
2084          */
2085         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2086         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2087                 return;
2088
2089         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2090
2091         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2092         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2093                 goto out_unlock;
2094
2095         /* Yoink! */
2096         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2097         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2098             && !is_migrate_cma(mt)) {
2099                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2100                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2101                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2102         }
2103
2104 out_unlock:
2105         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2110  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2111  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2112  * to recover from than an OOM.
2113  *
2114  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2115  * pageblock is exhausted.
2116  */
2117 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2118                                                 bool force)
2119 {
2120         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2121         unsigned long flags;
2122         struct zoneref *z;
2123         struct zone *zone;
2124         struct page *page;
2125         int order;
2126         bool ret;
2127
2128         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2129                                                                 ac->nodemask) {
2130                 /*
2131                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2132                  * is really high.
2133                  */
2134                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2135                                         pageblock_nr_pages)
2136                         continue;
2137
2138                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2139                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2140                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2141
2142                         page = list_first_entry_or_null(
2143                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2144                                         struct page, lru);
2145                         if (!page)
2146                                 continue;
2147
2148                         /*
2149                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2150                          * we can counter several free pages in a pageblock
2151                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2152                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2153                          * adjust the count once.
2154                          */
2155                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2156                                 /*
2157                                  * It should never happen but changes to
2158                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2159                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2160                                  * while unreserving so be safe and watch for
2161                                  * underflows.
2162                                  */
2163                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2164                                                 pageblock_nr_pages,
2165                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2166                         }
2167
2168                         /*
2169                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2170                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2171                          * is doing the work and needs the pages. More
2172                          * importantly, if the block was always converted to
2173                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2174                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2175                          * may increase.
2176                          */
2177                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2178                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2179                                                                         NULL);
2180                         if (ret) {
2181                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2182                                 return ret;
2183                         }
2184                 }
2185                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2186         }
2187
2188         return false;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2193  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2194  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2195  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2196  */
2197 static inline bool
2198 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2199 {
2200         struct free_area *area;
2201         unsigned int current_order;
2202         struct page *page;
2203         int fallback_mt;
2204         bool can_steal;
2205
2206         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2207         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2208                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2209                                 --current_order) {
2210                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2211                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2212                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2213                 if (fallback_mt == -1)
2214                         continue;
2215
2216                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2217                                                 struct page, lru);
2218
2219                 steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype,
2220                                                                 can_steal);
2221
2222                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2223                         start_migratetype, fallback_mt);
2224
2225                 return true;
2226         }
2227
2228         return false;
2229 }
2230
2231 /*
2232  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2233  * Call me with the zone->lock already held.
2234  */
2235 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2236                                 int migratetype)
2237 {
2238         struct page *page;
2239
2240 retry:
2241         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2242         if (unlikely(!page)) {
2243                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2244                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2245
2246                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2247                         goto retry;
2248         }
2249
2250         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2251         return page;
2252 }
2253
2254 /*
2255  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2256  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2257  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2258  */
2259 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2260                         unsigned long count, struct list_head *list,
2261                         int migratetype, bool cold)
2262 {
2263         int i, alloced = 0;
2264
2265         spin_lock(&zone->lock);
2266         for (i = 0; i < count; ++i) {
2267                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2268                 if (unlikely(page == NULL))
2269                         break;
2270
2271                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2272                         continue;
2273
2274                 /*
2275                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2276                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2277                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2278                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2279                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2280                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2281                  * properly.
2282                  */
2283                 if (likely(!cold))
2284                         list_add(&page->lru, list);
2285                 else
2286                         list_add_tail(&page->lru, list);
2287                 list = &page->lru;
2288                 alloced++;
2289                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2290                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2291                                               -(1 << order));
2292         }
2293
2294         /*
2295          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2296          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2297          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2298          * pages added to the pcp list.
2299          */
2300         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2301         spin_unlock(&zone->lock);
2302         return alloced;
2303 }
2304
2305 #ifdef CONFIG_NUMA
2306 /*
2307  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2308  * currently executing processor on remote nodes after they have
2309  * expired.
2310  *
2311  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2312  * a single processor.
2313  */
2314 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2315 {
2316         unsigned long flags;
2317         int to_drain, batch;
2318
2319         local_irq_save(flags);
2320         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2321         to_drain = min(pcp->count, batch);
2322         if (to_drain > 0) {
2323                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2324                 pcp->count -= to_drain;
2325         }
2326         local_irq_restore(flags);
2327 }
2328 #endif
2329
2330 /*
2331  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2332  *
2333  * The processor must either be the current processor and the
2334  * thread pinned to the current processor or a processor that
2335  * is not online.
2336  */
2337 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2338 {
2339         unsigned long flags;
2340         struct per_cpu_pageset *pset;
2341         struct per_cpu_pages *pcp;
2342
2343         local_irq_save(flags);
2344         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2345
2346         pcp = &pset->pcp;
2347         if (pcp->count) {
2348                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2349                 pcp->count = 0;
2350         }
2351         local_irq_restore(flags);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2356  *
2357  * The processor must either be the current processor and the
2358  * thread pinned to the current processor or a processor that
2359  * is not online.
2360  */
2361 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2362 {
2363         struct zone *zone;
2364
2365         for_each_populated_zone(zone) {
2366                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2367         }
2368 }
2369
2370 /*
2371  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2372  *
2373  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2374  * the single zone's pages.
2375  */
2376 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2377 {
2378         int cpu = smp_processor_id();
2379
2380         if (zone)
2381                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2382         else
2383                 drain_pages(cpu);
2384 }
2385
2386 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2387 {
2388         /*
2389          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2390          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2391          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2392          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2393          * a different one.
2394          */
2395         preempt_disable();
2396         drain_local_pages(NULL);
2397         preempt_enable();
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2402  *
2403  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2404  *
2405  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2406  */
2407 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2408 {
2409         int cpu;
2410
2411         /*
2412          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2413          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2414          */
2415         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2416
2417         /*
2418          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2419          * initialized.
2420          */
2421         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2422                 return;
2423
2424         /* Workqueues cannot recurse */
2425         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2426                 return;
2427
2428         /*
2429          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2430          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2431          * the drain to be complete when the call returns.
2432          */
2433         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2434                 if (!zone)
2435                         return;
2436                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2437         }
2438
2439         /*
2440          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2441          * as offline notification will cause the notified
2442          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2443          * disables preemption as part of its processing
2444          */
2445         for_each_online_cpu(cpu) {
2446                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2447                 struct zone *z;
2448                 bool has_pcps = false;
2449
2450                 if (zone) {
2451                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2452                         if (pcp->pcp.count)
2453                                 has_pcps = true;
2454                 } else {
2455                         for_each_populated_zone(z) {
2456                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2457                                 if (pcp->pcp.count) {
2458                                         has_pcps = true;
2459                                         break;
2460                                 }
2461                         }
2462                 }
2463
2464                 if (has_pcps)
2465                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2466                 else
2467                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2468         }
2469
2470         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2471                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2472                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2473                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2474         }
2475         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2476                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2477
2478         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2479 }
2480
2481 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2482
2483 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2484 {
2485         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2486         unsigned long flags;
2487         unsigned int order, t;
2488         struct page *page;
2489
2490         if (zone_is_empty(zone))
2491                 return;
2492
2493         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2494
2495         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2496         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2497                 if (pfn_valid(pfn)) {
2498                         page = pfn_to_page(pfn);
2499
2500                         if (page_zone(page) != zone)
2501                                 continue;
2502
2503                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2504                                 swsusp_unset_page_free(page);
2505                 }
2506
2507         for_each_migratetype_order(order, t) {
2508                 list_for_each_entry(page,
2509                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2510                         unsigned long i;
2511
2512                         pfn = page_to_pfn(page);
2513                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2514                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2515                 }
2516         }
2517         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2518 }
2519 #endif /* CONFIG_PM */
2520
2521 /*
2522  * Free a 0-order page
2523  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2524  */
2525 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2526 {
2527         struct zone *zone = page_zone(page);
2528         struct per_cpu_pages *pcp;
2529         unsigned long flags;
2530         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2531         int migratetype;
2532
2533         if (!free_pcp_prepare(page))
2534                 return;
2535
2536         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2537         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2538         local_irq_save(flags);
2539         __count_vm_event(PGFREE);
2540
2541         /*
2542          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2543          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2544          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2545          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2546          * excessively into the page allocator
2547          */
2548         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2549                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2550                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2551                         goto out;
2552                 }
2553                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2554         }
2555
2556         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2557         if (!cold)
2558                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2559         else
2560                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2561         pcp->count++;
2562         if (pcp->count >= pcp->high) {
2563                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2564                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2565                 pcp->count -= batch;
2566         }
2567
2568 out:
2569         local_irq_restore(flags);
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Free a list of 0-order pages
2574  */
2575 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2576 {
2577         struct page *page, *next;
2578
2579         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2580                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2581                 free_hot_cold_page(page, cold);
2582         }
2583 }
2584
2585 /*
2586  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2587  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2588  * Each sub-page must be freed individually.
2589  *
2590  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2591  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2592  */
2593 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2594 {
2595         int i;
2596
2597         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2598         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2599
2600 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2601         /*
2602          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2603          * otherwise free the whole shadow.
2604          */
2605         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2606                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2607 #endif
2608
2609         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2610                 set_page_refcounted(page + i);
2611         split_page_owner(page, order);
2612 }
2613 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2614
2615 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2616 {
2617         unsigned long watermark;
2618         struct zone *zone;
2619         int mt;
2620
2621         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2622
2623         zone = page_zone(page);
2624         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2625
2626         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2627                 /*
2628                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2629                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2630                  * watermark, because we already know our high-order page
2631                  * exists.
2632                  */
2633                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2634                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2635                         return 0;
2636
2637                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2638         }
2639
2640         /* Remove page from free list */
2641         list_del(&page->lru);
2642         zone->free_area[order].nr_free--;
2643         rmv_page_order(page);
2644
2645         /*
2646          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2647          * pageblock
2648          */
2649         if (order >= pageblock_order - 1) {
2650                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2651                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2652                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2653                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2654                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2655                                 set_pageblock_migratetype(page,
2656                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2657                 }
2658         }
2659
2660
2661         return 1UL << order;
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Update NUMA hit/miss statistics
2666  *
2667  * Must be called with interrupts disabled.
2668  */
2669 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2670 {
2671 #ifdef CONFIG_NUMA
2672         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2673
2674         if (z->node != numa_node_id())
2675                 local_stat = NUMA_OTHER;
2676
2677         if (z->node == preferred_zone->node)
2678                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2679         else {
2680                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2681                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2682         }
2683         __inc_zone_state(z, local_stat);
2684 #endif
2685 }
2686
2687 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2688 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2689                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2690                         struct list_head *list)
2691 {
2692         struct page *page;
2693
2694         do {
2695                 if (list_empty(list)) {
2696                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2697                                         pcp->batch, list,
2698                                         migratetype, cold);
2699                         if (unlikely(list_empty(list)))
2700                                 return NULL;
2701                 }
2702
2703                 if (cold)
2704                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2705                 else
2706                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2707
2708                 list_del(&page->lru);
2709                 pcp->count--;
2710         } while (check_new_pcp(page));
2711
2712         return page;
2713 }
2714
2715 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2716 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2717                         struct zone *zone, unsigned int order,
2718                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2719 {
2720         struct per_cpu_pages *pcp;
2721         struct list_head *list;
2722         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2723         struct page *page;
2724         unsigned long flags;
2725
2726         local_irq_save(flags);
2727         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2728         list = &pcp->lists[migratetype];
2729         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2730         if (page) {
2731                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2732                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2733         }
2734         local_irq_restore(flags);
2735         return page;
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2740  */
2741 static inline
2742 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2743                         struct zone *zone, unsigned int order,
2744                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2745                         int migratetype)
2746 {
2747         unsigned long flags;
2748         struct page *page;
2749
2750         if (likely(order == 0)) {
2751                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2752                                 gfp_flags, migratetype);
2753                 goto out;
2754         }
2755
2756         /*
2757          * We most definitely don't want callers attempting to
2758          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2759          */
2760         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2761         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2762
2763         do {
2764                 page = NULL;
2765                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2766                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2767                         if (page)
2768                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2769                 }
2770                 if (!page)
2771                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2772         } while (page && check_new_pages(page, order));
2773         spin_unlock(&zone->lock);
2774         if (!page)
2775                 goto failed;
2776         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2777                                   get_pcppage_migratetype(page));
2778
2779         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2780         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2781         local_irq_restore(flags);
2782
2783 out:
2784         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2785         return page;
2786
2787 failed:
2788         local_irq_restore(flags);
2789         return NULL;
2790 }
2791
2792 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2793
2794 static struct {
2795         struct fault_attr attr;
2796
2797         bool ignore_gfp_highmem;
2798         bool ignore_gfp_reclaim;
2799         u32 min_order;
2800 } fail_page_alloc = {
2801         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2802         .ignore_gfp_reclaim = true,
2803         .ignore_gfp_highmem = true,
2804         .min_order = 1,
2805 };
2806
2807 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2808 {
2809         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2810 }
2811 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2812
2813 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2814 {
2815         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2816                 return false;
2817         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2818                 return false;
2819         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2820                 return false;
2821         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2822                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2823                 return false;
2824
2825         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2826 }
2827
2828 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2829
2830 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2831 {
2832         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2833         struct dentry *dir;
2834
2835         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2836                                         &fail_page_alloc.attr);
2837         if (IS_ERR(dir))
2838                 return PTR_ERR(dir);
2839
2840         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2841                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2842                 goto fail;
2843         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2844                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2845                 goto fail;
2846         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2847                                 &fail_page_alloc.min_order))
2848                 goto fail;
2849
2850         return 0;
2851 fail:
2852         debugfs_remove_recursive(dir);
2853
2854         return -ENOMEM;
2855 }
2856
2857 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2858
2859 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2860
2861 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2862
2863 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2864 {
2865         return false;
2866 }
2867
2868 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2869
2870 /*
2871  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2872  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2873  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2874  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2875  */
2876 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2877                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2878                          long free_pages)
2879 {
2880         long min = mark;
2881         int o;
2882         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2883
2884         /* free_pages may go negative - that's OK */
2885         free_pages -= (1 << order) - 1;
2886
2887         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2888                 min -= min / 2;
2889
2890         /*
2891          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2892          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2893          * atomic reserve but it avoids a search.
2894          */
2895         if (likely(!alloc_harder))
2896                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2897         else
2898                 min -= min / 4;
2899
2900 #ifdef CONFIG_CMA
2901         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2902         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2903                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2904 #endif
2905
2906         /*
2907          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2908          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2909          * even if a suitable page happened to be free.
2910          */
2911         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2912                 return false;
2913
2914         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2915         if (!order)
2916                 return true;
2917
2918         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2919         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2920                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2921                 int mt;
2922
2923                 if (!area->nr_free)
2924                         continue;
2925
2926                 if (alloc_harder)
2927                         return true;
2928
2929                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2930                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2931                                 return true;
2932                 }
2933
2934 #ifdef CONFIG_CMA
2935                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2936                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2937                         return true;
2938                 }
2939 #endif
2940         }
2941         return false;
2942 }
2943
2944 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2945                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2946 {
2947         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2948                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2949 }
2950
2951 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2952                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2953 {
2954         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2955         long cma_pages = 0;
2956
2957 #ifdef CONFIG_CMA
2958         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2959         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2960                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2961 #endif
2962
2963         /*
2964          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2965          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2966          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2967          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2968          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2969          */
2970         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2971                 return true;
2972
2973         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2974                                         free_pages);
2975 }
2976
2977 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2978                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2979 {
2980         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2981
2982         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2983                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2984
2985         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2986                                                                 free_pages);
2987 }
2988
2989 #ifdef CONFIG_NUMA
2990 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2991 {
2992         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2993                                 RECLAIM_DISTANCE;
2994 }
2995 #else   /* CONFIG_NUMA */
2996 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2997 {
2998         return true;
2999 }
3000 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3001
3002 /*
3003  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3004  * a page.
3005  */
3006 static struct page *
3007 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3008                                                 const struct alloc_context *ac)
3009 {
3010         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3011         struct zone *zone;
3012         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3013
3014         /*
3015          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3016          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3017          */
3018         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3019                                                                 ac->nodemask) {
3020                 struct page *page;
3021                 unsigned long mark;
3022
3023                 if (cpusets_enabled() &&
3024                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3025                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3026                                 continue;
3027                 /*
3028                  * When allocating a page cache page for writing, we
3029                  * want to get it from a node that is within its dirty
3030                  * limit, such that no single node holds more than its
3031                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3032                  * The dirty limits take into account the node's
3033                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3034                  * should be able to balance it without having to
3035                  * write pages from its LRU list.
3036                  *
3037                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3038                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3039                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3040                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3041                  * nodes are together not big enough to reach the
3042                  * global limit.  The proper fix for these situations
3043                  * will require awareness of nodes in the
3044                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3045                  */
3046                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3047                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3048                                 continue;
3049
3050                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3051                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3052                                 continue;
3053                         }
3054                 }
3055
3056                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3057                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3058                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3059                         int ret;
3060
3061                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3062                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3063                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3064                                 goto try_this_zone;
3065
3066                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3067                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3068                                 continue;
3069
3070                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3071                         switch (ret) {
3072                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3073                                 /* did not scan */
3074                                 continue;
3075                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3076                                 /* scanned but unreclaimable */
3077                                 continue;
3078                         default:
3079                                 /* did we reclaim enough */
3080                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3081                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3082                                         goto try_this_zone;
3083
3084                                 continue;
3085                         }
3086                 }
3087
3088 try_this_zone:
3089                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3090                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3091                 if (page) {
3092                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3093
3094                         /*
3095                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3096                          * if the pageblock should be reserved for the future
3097                          */
3098                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3099                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3100
3101                         return page;
3102                 }
3103         }
3104
3105         return NULL;
3106 }
3107
3108 /*
3109  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3110  * meminfo in irq context.
3111  */
3112 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3113 {
3114         bool ret = false;
3115
3116 #if NODES_SHIFT > 8
3117         ret = in_interrupt();
3118 #endif
3119         return ret;
3120 }
3121
3122 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3123 {
3124         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3125         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3126
3127         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3128                 return;
3129
3130         /*
3131          * This documents exceptions given to allocations in certain
3132          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3133          * of allowed nodes.
3134          */
3135         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3136                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3137                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3138                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3139         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3140                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3141
3142         show_mem(filter, nodemask);
3143 }
3144
3145 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3146 {
3147         struct va_format vaf;
3148         va_list args;
3149         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3150                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3151
3152         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3153                 return;
3154
3155         pr_warn("%s: ", current->comm);
3156
3157         va_start(args, fmt);
3158         vaf.fmt = fmt;
3159         vaf.va = &args;
3160         pr_cont("%pV", &vaf);
3161         va_end(args);
3162
3163         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3164         if (nodemask)
3165                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3166         else
3167                 pr_cont("(null)\n");
3168
3169         cpuset_print_current_mems_allowed();
3170
3171         dump_stack();
3172         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3173 }
3174
3175 static inline struct page *
3176 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3177                               unsigned int alloc_flags,
3178                               const struct alloc_context *ac)
3179 {
3180         struct page *page;
3181
3182         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3183                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3184         /*
3185          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3186          * are depleted
3187          */
3188         if (!page)
3189                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3190                                 alloc_flags, ac);
3191
3192         return page;
3193 }
3194
3195 static inline struct page *
3196 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3197         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3198 {
3199         struct oom_control oc = {
3200                 .zonelist = ac->zonelist,
3201                 .nodemask = ac->nodemask,
3202                 .memcg = NULL,
3203                 .gfp_mask = gfp_mask,
3204                 .order = order,
3205         };
3206         struct page *page;
3207
3208         *did_some_progress = 0;
3209
3210         /*
3211          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3212          * making progress for us.
3213          */
3214         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3215                 *did_some_progress = 1;
3216                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3217                 return NULL;
3218         }
3219
3220         /*
3221          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3222          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3223          * we're still under heavy pressure.
3224          */
3225         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3226                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3227         if (page)
3228                 goto out;
3229
3230         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3231         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3232                 goto out;
3233         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3234         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3235                 goto out;
3236         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3237         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3238                 goto out;
3239         if (pm_suspended_storage())
3240                 goto out;
3241         /*
3242          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3243          * other request to make a forward progress.
3244          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3245          * do much for this context but let's try it to at least get
3246          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3247          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3248          * failures more gracefully we should just bail out here.
3249          */
3250
3251         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3252         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3253                 goto out;
3254
3255         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3256         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3257                 *did_some_progress = 1;
3258
3259                 /*
3260                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3261                  * reserves
3262                  */
3263                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3264                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3265                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3266         }
3267 out:
3268         mutex_unlock(&oom_lock);
3269         return page;
3270 }
3271
3272 /*
3273  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3274  * killer is consider as the only way to move forward.
3275  */
3276 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3277
3278 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3279 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3280 static struct page *
3281 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3282                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3283                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3284 {
3285         struct page *page;
3286         unsigned int noreclaim_flag;
3287
3288         if (!order)
3289                 return NULL;
3290
3291         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3292         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3293                                                                         prio);
3294         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3295
3296         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3297                 return NULL;
3298
3299         /*
3300          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3301          * count a compaction stall
3302          */
3303         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3304
3305         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3306
3307         if (page) {
3308                 struct zone *zone = page_zone(page);
3309
3310                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3311                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3312                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3313                 return page;
3314         }
3315
3316         /*
3317          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3318          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3319          */
3320         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3321
3322         cond_resched();
3323
3324         return NULL;
3325 }
3326
3327 static inline bool
3328 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3329                      enum compact_result compact_result,
3330                      enum compact_priority *compact_priority,
3331                      int *compaction_retries)
3332 {
3333         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3334         int min_priority;
3335         bool ret = false;
3336         int retries = *compaction_retries;
3337         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3338
3339         if (!order)
3340                 return false;
3341
3342         if (compaction_made_progress(compact_result))
3343                 (*compaction_retries)++;
3344
3345         /*
3346          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3347          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3348          * failure could be caused by insufficient priority
3349          */
3350         if (compaction_failed(compact_result))
3351                 goto check_priority;
3352
3353         /*
3354          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3355          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3356          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3357          * compaction.
3358          */
3359         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3360                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3361                 goto out;
3362         }
3363
3364         /*
3365          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3366          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3367          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3368          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3369          * would need much more detailed feedback from compaction to
3370          * make a better decision.
3371          */
3372         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3373                 max_retries /= 4;
3374         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3375                 ret = true;
3376                 goto out;
3377         }
3378
3379         /*
3380          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3381          * all retries or failed at the lower priorities.
3382          */
3383 check_priority:
3384         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3385                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3386
3387         if (*compact_priority > min_priority) {
3388                 (*compact_priority)--;
3389                 *compaction_retries = 0;
3390                 ret = true;
3391         }
3392 out:
3393         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3394         return ret;
3395 }
3396 #else
3397 static inline struct page *
3398 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3399                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3400                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3401 {
3402         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3403         return NULL;
3404 }
3405
3406 static inline bool
3407 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3408                      enum compact_result compact_result,
3409                      enum compact_priority *compact_priority,
3410                      int *compaction_retries)
3411 {
3412         struct zone *zone;
3413         struct zoneref *z;
3414
3415         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3416                 return false;
3417
3418         /*
3419          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3420          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3421          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3422          * watermarks are OK.
3423          */
3424         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3425                                         ac->nodemask) {
3426                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3427                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3428                         return true;
3429         }
3430         return false;
3431 }
3432 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3433
3434 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3435 static int
3436 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3437                                         const struct alloc_context *ac)
3438 {
3439         struct reclaim_state reclaim_state;
3440         int progress;
3441         unsigned int noreclaim_flag;
3442
3443         cond_resched();
3444
3445         /* We now go into synchronous reclaim */
3446         cpuset_memory_pressure_bump();
3447         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3448         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3449         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3450         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3451
3452         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3453                                                                 ac->nodemask);
3454
3455         current->reclaim_state = NULL;
3456         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3457         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3458
3459         cond_resched();
3460
3461         return progress;
3462 }
3463
3464 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3465 static inline struct page *
3466 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3467                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3468                 unsigned long *did_some_progress)
3469 {
3470         struct page *page = NULL;
3471         bool drained = false;
3472
3473         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3474         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3475                 return NULL;
3476
3477 retry:
3478         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3479
3480         /*
3481          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3482          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3483          * Shrink them them and try again
3484          */
3485         if (!page && !drained) {
3486                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3487                 drain_all_pages(NULL);
3488                 drained = true;
3489                 goto retry;
3490         }
3491
3492         return page;
3493 }
3494
3495 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3496 {
3497         struct zoneref *z;
3498         struct zone *zone;
3499         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3500
3501         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3502                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3503                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3504                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3505                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3506         }
3507 }
3508
3509 static inline unsigned int
3510 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3511 {
3512         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3513
3514         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3515         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3516
3517         /*
3518          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3519          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3520          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3521          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3522          */
3523         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3524
3525         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3526                 /*
3527                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3528                  * if it can't schedule.
3529                  */
3530                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3531                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3532                 /*
3533                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3534                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3535                  */
3536                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3537         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3538                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3539
3540 #ifdef CONFIG_CMA
3541         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3542                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3543 #endif
3544         return alloc_flags;
3545 }
3546
3547 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3548 {
3549         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3550                 return false;
3551
3552         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3553                 return true;
3554         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3555                 return true;
3556         if (!in_interrupt() &&
3557                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3558                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3559                 return true;
3560
3561         return false;
3562 }
3563
3564 /*
3565  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3566  * for the given allocation request.
3567  *
3568  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3569  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3570  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3571  *
3572  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3573  */
3574 static inline bool
3575 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3576                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3577                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3578 {
3579         struct zone *zone;
3580         struct zoneref *z;
3581
3582         /*
3583          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3584          * their order will become available due to high fragmentation so
3585          * always increment the no progress counter for them
3586          */
3587         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3588                 *no_progress_loops = 0;
3589         else
3590                 (*no_progress_loops)++;
3591
3592         /*
3593          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3594          * several times in the row.
3595          */
3596         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3597                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3598                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3599         }
3600
3601         /*
3602          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3603          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3604          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3605          * screwed and have to go OOM.
3606          */
3607         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3608                                         ac->nodemask) {
3609                 unsigned long available;
3610                 unsigned long reclaimable;
3611                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3612                 bool wmark;
3613
3614                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3615                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3616
3617                 /*
3618                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3619                  * reclaimable pages?
3620                  */
3621                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3622                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3623                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3624                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3625                 if (wmark) {
3626                         /*
3627                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3628                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3629                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3630                          * prevent from pre mature OOM
3631                          */
3632                         if (!did_some_progress) {
3633                                 unsigned long write_pending;
3634
3635                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3636                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3637
3638                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3639                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3640                                         return true;
3641                                 }
3642                         }
3643
3644                         /*
3645                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3646                          * context and the current implementation of the WQ
3647                          * concurrency control doesn't recognize that
3648                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3649                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3650                          * do a short sleep here rather than calling
3651                          * cond_resched().
3652                          */
3653                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3654                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3655                         else
3656                                 cond_resched();
3657
3658                         return true;
3659                 }
3660         }
3661
3662         return false;
3663 }
3664
3665 static inline struct page *
3666 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3667                                                 struct alloc_context *ac)
3668 {
3669         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3670         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
3671         struct page *page = NULL;
3672         unsigned int alloc_flags;
3673         unsigned long did_some_progress;
3674         enum compact_priority compact_priority;
3675         enum compact_result compact_result;
3676         int compaction_retries;
3677         int no_progress_loops;
3678         unsigned long alloc_start = jiffies;
3679         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3680         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3681
3682         /*
3683          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3684          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3685          * be using allocators in order of preference for an area that is
3686          * too large.
3687          */
3688         if (order >= MAX_ORDER) {
3689                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3690                 return NULL;
3691         }
3692
3693         /*
3694          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3695          * callers that are not in atomic context.
3696          */
3697         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3698                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3699                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3700
3701 retry_cpuset:
3702         compaction_retries = 0;
3703         no_progress_loops = 0;
3704         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3705         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3706
3707         /*
3708          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3709          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3710          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3711          */
3712         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3713
3714         /*
3715          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3716          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3717          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3718          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3719          */
3720         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3721                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3722         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3723                 goto nopage;
3724
3725         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3726                 wake_all_kswapds(order, ac);
3727
3728         /*
3729          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3730          * that first
3731          */
3732         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3733         if (page)
3734                 goto got_pg;
3735
3736         /*
3737          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3738          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
3739          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
3740          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
3741          * same migratetype.
3742          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
3743          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3744          */
3745         if (can_direct_reclaim &&
3746                         (costly_order ||
3747                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
3748                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3749                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3750                                                 alloc_flags, ac,
3751                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3752                                                 &compact_result);
3753                 if (page)
3754                         goto got_pg;
3755
3756                 /*
3757                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3758                  * includes THP page fault allocations
3759                  */
3760                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
3761                         /*
3762                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3763                          * it is because sync compaction recently failed. If
3764                          * this is the case and the caller requested a THP
3765                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3766                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3767                          * direct reclaim.
3768                          */
3769                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3770                                 goto nopage;
3771
3772                         /*
3773                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3774                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3775                          * using async compaction.
3776                          */
3777                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3778                 }
3779         }
3780
3781 retry:
3782         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3783         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3784                 wake_all_kswapds(order, ac);
3785
3786         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3787                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3788
3789         /*
3790          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3791          * These allocations are high priority and system rather than user
3792          * orientated.
3793          */
3794         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3795                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3796                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3797                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3798         }
3799
3800         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3801         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3802         if (page)
3803                 goto got_pg;
3804
3805         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3806         if (!can_direct_reclaim)
3807                 goto nopage;
3808
3809         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3810         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3811                 warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, ac->nodemask,
3812                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3813                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3814                 stall_timeout += 10 * HZ;
3815         }
3816
3817         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3818         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3819                 goto nopage;
3820
3821         /* Try direct reclaim and then allocating */
3822         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3823                                                         &did_some_progress);
3824         if (page)
3825                 goto got_pg;
3826
3827         /* Try direct compaction and then allocating */
3828         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3829                                         compact_priority, &compact_result);
3830         if (page)
3831                 goto got_pg;
3832
3833         /* Do not loop if specifically requested */
3834         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3835                 goto nopage;
3836
3837         /*
3838          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3839          * __GFP_REPEAT
3840          */
3841         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3842                 goto nopage;
3843
3844         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3845                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3846                 goto retry;
3847
3848         /*
3849          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3850          * reclaim is not able to make any progress because the current
3851          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3852          * of free memory (see __compaction_suitable)
3853          */
3854         if (did_some_progress > 0 &&
3855                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3856                                 compact_result, &compact_priority,
3857                                 &compaction_retries))
3858                 goto retry;
3859
3860         /*
3861          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3862          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3863          */
3864         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3865                 goto retry_cpuset;
3866
3867         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3868         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3869         if (page)
3870                 goto got_pg;
3871
3872         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3873         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3874                 goto nopage;
3875
3876         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3877         if (did_some_progress) {
3878                 no_progress_loops = 0;
3879                 goto retry;
3880         }
3881
3882 nopage:
3883         /*
3884          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3885          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3886          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3887          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3888          * retry.
3889          */
3890         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3891                 goto retry_cpuset;
3892
3893         /*
3894          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3895          * we always retry
3896          */
3897         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3898                 /*
3899                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3900                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3901                  */
3902                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3903                         goto fail;
3904
3905                 /*
3906                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3907                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3908                  * for somebody to do a work for us
3909                  */
3910                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3911
3912                 /*
3913                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3914                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3915                  * so that we can identify them and convert them to something
3916                  * else.
3917                  */
3918                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3919
3920                 /*
3921                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3922                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3923                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3924                  * the situation worse
3925                  */
3926                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3927                 if (page)
3928                         goto got_pg;
3929
3930                 cond_resched();
3931                 goto retry;
3932         }
3933 fail:
3934         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3935                         "page allocation failure: order:%u", order);
3936 got_pg:
3937         return page;
3938 }
3939
3940 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3941                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3942                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3943                 unsigned int *alloc_flags)
3944 {
3945         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3946         ac->zonelist = zonelist;
3947         ac->nodemask = nodemask;
3948         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3949
3950         if (cpusets_enabled()) {
3951                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3952                 if (!ac->nodemask)
3953                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3954                 else
3955                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3956         }
3957
3958         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3959
3960         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3961
3962         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3963                 return false;
3964
3965         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3966                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3967
3968         return true;
3969 }
3970
3971 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3972 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3973                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3974 {
3975         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3976         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3977
3978         /*
3979          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3980          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3981          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3982          */
3983         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3984                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3985 }
3986
3987 /*
3988  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3989  */
3990 struct page *
3991 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3992                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3993 {
3994         struct page *page;
3995         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3996         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3997         struct alloc_context ac = { };
3998
3999         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4000         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4001                 return NULL;
4002
4003         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
4004
4005         /* First allocation attempt */
4006         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4007         if (likely(page))
4008                 goto out;
4009
4010         /*
4011          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4012          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4013          * from a particular context which has been marked by
4014          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4015          */
4016         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4017         ac.spread_dirty_pages = false;
4018
4019         /*
4020          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4021          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4022          */
4023         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4024                 ac.nodemask = nodemask;
4025
4026         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4027
4028 out:
4029         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4030             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4031                 __free_pages(page, order);
4032                 page = NULL;
4033         }
4034
4035         if (kmemcheck_enabled && page)
4036                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
4037
4038         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4039
4040         return page;
4041 }
4042 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4043
4044 /*
4045  * Common helper functions.
4046  */
4047 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4048 {
4049         struct page *page;
4050
4051         /*
4052          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4053          * a highmem page
4054          */
4055         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4056
4057         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4058         if (!page)
4059                 return 0;
4060         return (unsigned long) page_address(page);
4061 }
4062 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4063
4064 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4065 {
4066         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4067 }
4068 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4069
4070 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4071 {
4072         if (put_page_testzero(page)) {
4073                 if (order == 0)
4074                         free_hot_cold_page(page, false);
4075                 else
4076                         __free_pages_ok(page, order);
4077         }
4078 }
4079
4080 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4081
4082 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4083 {
4084         if (addr != 0) {
4085                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4086                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4087         }
4088 }
4089
4090 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4091
4092 /*
4093  * Page Fragment:
4094  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4095  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4096  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4097  *
4098  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4099  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4100  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4101  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4102  */
4103 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4104                                              gfp_t gfp_mask)
4105 {
4106         struct page *page = NULL;
4107         gfp_t gfp = gfp_mask;
4108
4109 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4110         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4111                     __GFP_NOMEMALLOC;
4112         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4113                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4114         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4115 #endif
4116         if (unlikely(!page))
4117                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4118
4119         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4120
4121         return page;
4122 }
4123
4124 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4125 {
4126         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4127
4128         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4129                 unsigned int order = compound_order(page);
4130
4131                 if (order == 0)
4132                         free_hot_cold_page(page, false);
4133                 else
4134                         __free_pages_ok(page, order);
4135         }
4136 }
4137 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4138
4139 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4140                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4141 {
4142         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4143         struct page *page;
4144         int offset;
4145
4146         if (unlikely(!nc->va)) {
4147 refill:
4148                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4149                 if (!page)
4150                         return NULL;
4151
4152 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4153                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4154                 size = nc->size;
4155 #endif
4156                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4157                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4158                  */
4159                 page_ref_add(page, size - 1);
4160
4161                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4162                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4163                 nc->pagecnt_bias = size;
4164                 nc->offset = size;
4165         }
4166
4167         offset = nc->offset - fragsz;
4168         if (unlikely(offset < 0)) {
4169                 page = virt_to_page(nc->va);
4170
4171                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4172                         goto refill;
4173
4174 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4175                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4176                 size = nc->size;
4177 #endif
4178                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4179                 set_page_count(page, size);
4180
4181                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4182                 nc->pagecnt_bias = size;
4183                 offset = size - fragsz;
4184         }
4185
4186         nc->pagecnt_bias--;
4187         nc->offset = offset;
4188
4189         return nc->va + offset;
4190 }
4191 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4192
4193 /*
4194  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4195  */
4196 void page_frag_free(void *addr)
4197 {
4198         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4199
4200         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4201                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4202 }
4203 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4204
4205 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4206                 size_t size)
4207 {
4208         if (addr) {
4209                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4210                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4211
4212                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4213                 while (used < alloc_end) {
4214                         free_page(used);
4215                         used += PAGE_SIZE;
4216                 }
4217         }
4218         return (void *)addr;
4219 }
4220
4221 /**
4222  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4223  * @size: the number of bytes to allocate
4224  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4225  *
4226  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4227  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4228  * allocate memory in power-of-two pages.
4229  *
4230  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4231  *
4232  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4233  */
4234 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4235 {
4236         unsigned int order = get_order(size);
4237         unsigned long addr;
4238
4239         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4240         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4241 }
4242 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4243
4244 /**
4245  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4246  *                         pages on a node.
4247  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4248  * @size: the number of bytes to allocate
4249  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4250  *
4251  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4252  * back.
4253  */
4254 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4255 {
4256         unsigned int order = get_order(size);
4257         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4258         if (!p)
4259                 return NULL;
4260         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4261 }
4262
4263 /**
4264  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4265  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4266  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4267  *
4268  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4269  */
4270 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4271 {
4272         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4273         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4274
4275         while (addr < end) {
4276                 free_page(addr);
4277                 addr += PAGE_SIZE;
4278         }
4279 }
4280 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4281
4282 /**
4283  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4284  * @offset: The zone index of the highest zone
4285  *
4286  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4287  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4288  * zone, the number of pages is calculated as:
4289  *
4290  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4291  */
4292 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4293 {
4294         struct zoneref *z;
4295         struct zone *zone;
4296
4297         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4298         unsigned long sum = 0;
4299
4300         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4301
4302         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4303                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4304                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4305                 if (size > high)
4306                         sum += size - high;
4307         }
4308
4309         return sum;
4310 }
4311
4312 /**
4313  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4314  *
4315  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4316  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4317  */
4318 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4319 {
4320         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4321 }
4322 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4323
4324 /**
4325  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4326  *
4327  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4328  * high watermark within all zones.
4329  */
4330 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4331 {
4332         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4333 }
4334
4335 static inline void show_node(struct zone *zone)
4336 {
4337         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4338                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4339 }
4340
4341 long si_mem_available(void)
4342 {
4343         long available;
4344         unsigned long pagecache;
4345         unsigned long wmark_low = 0;
4346         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4347         struct zone *zone;
4348         int lru;
4349
4350         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4351                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4352
4353         for_each_zone(zone)
4354                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4355
4356         /*
4357          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4358          * without causing swapping.
4359          */
4360         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4361
4362         /*
4363          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4364          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4365          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4366          */
4367         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4368         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4369         available += pagecache;
4370
4371         /*
4372          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4373          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4374          */
4375         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4376                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4377
4378         if (available < 0)
4379                 available = 0;
4380         return available;
4381 }
4382 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4383
4384 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4385 {
4386         val->totalram = totalram_pages;
4387         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4388         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4389         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4390         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4391         val->freehigh = nr_free_highpages();
4392         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4393 }
4394
4395 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4396
4397 #ifdef CONFIG_NUMA
4398 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4399 {
4400         int zone_type;          /* needs to be signed */
4401         unsigned long managed_pages = 0;
4402         unsigned long managed_highpages = 0;
4403         unsigned long free_highpages = 0;
4404         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4405
4406         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4407                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4408         val->totalram = managed_pages;
4409         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4410         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4411 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4412         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4413                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4414
4415                 if (is_highmem(zone)) {
4416                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4417                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4418                 }
4419         }
4420         val->totalhigh = managed_highpages;
4421         val->freehigh = free_highpages;
4422 #else
4423         val->totalhigh = managed_highpages;
4424         val->freehigh = free_highpages;
4425 #endif
4426         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4427 }
4428 #endif
4429
4430 /*
4431  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4432  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4433  */
4434 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4435 {
4436         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4437                 return false;
4438
4439         /*
4440          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4441          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4442          * have to be precise here.
4443          */
4444         if (!nodemask)
4445                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4446
4447         return !node_isset(nid, *nodemask);
4448 }
4449
4450 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4451
4452 static void show_migration_types(unsigned char type)
4453 {
4454         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4455                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4456                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4457                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4458                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4459 #ifdef CONFIG_CMA
4460                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4461 #endif
4462 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4463                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4464 #endif
4465         };
4466         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4467         char *p = tmp;
4468         int i;
4469
4470         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4471                 if (type & (1 << i))
4472                         *p++ = types[i];
4473         }
4474
4475         *p = '\0';
4476         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4477 }
4478
4479 /*
4480  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4481  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4482  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4483  *
4484  * Bits in @filter:
4485  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4486  *   cpuset.
4487  */
4488 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4489 {
4490         unsigned long free_pcp = 0;
4491         int cpu;
4492         struct zone *zone;
4493         pg_data_t *pgdat;
4494
4495         for_each_populated_zone(zone) {
4496                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4497                         continue;
4498
4499                 for_each_online_cpu(cpu)
4500                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4501         }
4502
4503         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4504                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4505                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4506                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4507                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4508                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4509                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4510                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4511                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4512                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4513                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4514                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4515                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4516                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4517                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4518                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4519                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4520                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4521                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4522                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4523                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4524                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4525                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4526                 free_pcp,
4527                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4528
4529         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4530                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4531                         continue;
4532
4533                 printk("Node %d"
4534                         " active_anon:%lukB"
4535                         " inactive_anon:%lukB"
4536                         " active_file:%lukB"
4537                         " inactive_file:%lukB"
4538                         " unevictable:%lukB"
4539                         " isolated(anon):%lukB"
4540                         " isolated(file):%lukB"
4541                         " mapped:%lukB"
4542                         " dirty:%lukB"
4543                         " writeback:%lukB"
4544                         " shmem:%lukB"
4545 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4546                         " shmem_thp: %lukB"
4547                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4548                         " anon_thp: %lukB"
4549 #endif
4550                         " writeback_tmp:%lukB"
4551                         " unstable:%lukB"
4552                         " all_unreclaimable? %s"
4553                         "\n",
4554                         pgdat->node_id,
4555                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4556                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4557                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4558                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4559                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4560                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4561                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4562                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4563                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4564                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4565                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4566 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4567                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4568                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4569                                         * HPAGE_PMD_NR),
4570                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4571 #endif
4572                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4573                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4574                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4575                                 "yes" : "no");
4576         }
4577
4578         for_each_populated_zone(zone) {
4579                 int i;
4580
4581                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4582                         continue;
4583
4584                 free_pcp = 0;
4585                 for_each_online_cpu(cpu)
4586                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4587
4588                 show_node(zone);
4589                 printk(KERN_CONT
4590                         "%s"
4591                         " free:%lukB"
4592                         " min:%lukB"
4593                         " low:%lukB"
4594                         " high:%lukB"
4595                         " active_anon:%lukB"
4596                         " inactive_anon:%lukB"
4597                         " active_file:%lukB"
4598                         " inactive_file:%lukB"
4599                         " unevictable:%lukB"
4600                         " writepending:%lukB"
4601                         " present:%lukB"
4602                         " managed:%lukB"
4603                         " mlocked:%lukB"
4604                         " slab_reclaimable:%lukB"
4605                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4606                         " kernel_stack:%lukB"
4607                         " pagetables:%lukB"
4608                         " bounce:%lukB"
4609                         " free_pcp:%lukB"
4610                         " local_pcp:%ukB"
4611                         " free_cma:%lukB"
4612                         "\n",
4613                         zone->name,
4614                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4615                         K(min_wmark_pages(zone)),
4616                         K(low_wmark_pages(zone)),
4617                         K(high_wmark_pages(zone)),
4618                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4619                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4620                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4621                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4622                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4623                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4624                         K(zone->present_pages),
4625                         K(zone->managed_pages),
4626                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4627                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4628                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4629                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4630                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4631                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4632                         K(free_pcp),
4633                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4634                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4635                 printk("lowmem_reserve[]:");
4636                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4637                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4638                 printk(KERN_CONT "\n");
4639         }
4640
4641         for_each_populated_zone(zone) {
4642                 unsigned int order;
4643                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4644                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4645
4646                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4647                         continue;
4648                 show_node(zone);
4649                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4650
4651                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4652                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4653                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4654                         int type;
4655
4656                         nr[order] = area->nr_free;
4657                         total += nr[order] << order;
4658
4659                         types[order] = 0;
4660                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4661                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4662                                         types[order] |= 1 << type;
4663                         }
4664                 }
4665                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4666                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4667                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4668                                nr[order], K(1UL) << order);
4669                         if (nr[order])
4670                                 show_migration_types(types[order]);
4671                 }
4672                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4673         }
4674
4675         hugetlb_show_meminfo();
4676
4677         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4678
4679         show_swap_cache_info();
4680 }
4681
4682 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4683 {
4684         zoneref->zone = zone;
4685         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4686 }
4687
4688 /*
4689  * Builds allocation fallback zone lists.
4690  *
4691  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4692  */
4693 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4694                                 int nr_zones)
4695 {
4696         struct zone *zone;
4697         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4698
4699         do {
4700                 zone_type--;
4701                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4702                 if (managed_zone(zone)) {
4703                         zoneref_set_zone(zone,
4704                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4705                         check_highest_zone(zone_type);
4706                 }
4707         } while (zone_type);
4708
4709         return nr_zones;
4710 }
4711
4712
4713 /*
4714  *  zonelist_order:
4715  *  0 = automatic detection of better ordering.
4716  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4717  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4718  *
4719  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4720  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4721  */
4722 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4723 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4724 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4725
4726 /* zonelist order in the kernel.
4727  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4728  */
4729 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4730 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4731
4732
4733 #ifdef CONFIG_NUMA
4734 /* The value user specified ....changed by config */
4735 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4736 /* string for sysctl */
4737 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4738 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4739
4740 /*
4741  * interface for configure zonelist ordering.
4742  * command line option "numa_zonelist_order"
4743  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4744  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4745  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4746  */
4747
4748 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4749 {
4750         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4751                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4752         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4753                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4754         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4755                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4756         } else {
4757                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4758                 return -EINVAL;
4759         }
4760         return 0;
4761 }
4762
4763 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4764 {
4765         int ret;
4766
4767         if (!s)
4768                 return 0;
4769
4770         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4771         if (ret == 0)
4772                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4773
4774         return ret;
4775 }
4776 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4777
4778 /*
4779  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4780  */
4781 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4782                 void __user *buffer, size_t *length,
4783                 loff_t *ppos)
4784 {
4785         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4786         int ret;
4787         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4788
4789         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4790         if (write) {
4791                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4792                         ret = -EINVAL;
4793                         goto out;
4794                 }
4795                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4796         }
4797         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4798         if (ret)
4799                 goto out;
4800         if (write) {
4801                 int oldval = user_zonelist_order;
4802
4803                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4804                 if (ret) {
4805                         /*
4806                          * bogus value.  restore saved string
4807                          */
4808                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4809                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4810                         user_zonelist_order = oldval;
4811                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4812                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4813                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4814                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4815                 }
4816         }
4817 out:
4818         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4819         return ret;
4820 }
4821
4822
4823 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4824 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4825
4826 /**
4827  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4828  * @node: node whose fallback list we're appending
4829  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4830  *
4831  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4832  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4833  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4834  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4835  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4836  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4837  * on them otherwise.
4838  * It returns -1 if no node is found.
4839  */
4840 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4841 {
4842         int n, val;
4843         int min_val = INT_MAX;
4844         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4845         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4846
4847         /* Use the local node if we haven't already */
4848         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4849                 node_set(node, *used_node_mask);
4850                 return node;
4851         }
4852
4853         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4854
4855                 /* Don't want a node to appear more than once */
4856                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4857                         continue;
4858
4859                 /* Use the distance array to find the distance */
4860                 val = node_distance(node, n);
4861
4862                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4863                 val += (n < node);
4864
4865                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4866                 tmp = cpumask_of_node(n);
4867                 if (!cpumask_empty(tmp))
4868                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4869
4870                 /* Slight preference for less loaded node */
4871                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4872                 val += node_load[n];
4873
4874                 if (val < min_val) {
4875                         min_val = val;
4876                         best_node = n;
4877                 }
4878         }
4879
4880         if (best_node >= 0)
4881                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4882
4883         return best_node;
4884 }
4885
4886
4887 /*
4888  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4889  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4890  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4891  */
4892 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4893 {
4894         int j;
4895         struct zonelist *zonelist;
4896
4897         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4898         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4899                 ;
4900         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4901         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4902         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4903 }
4904
4905 /*
4906  * Build gfp_thisnode zonelists
4907  */
4908 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4909 {
4910         int j;
4911         struct zonelist *zonelist;
4912
4913         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4914         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4915         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4916         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4917 }
4918
4919 /*
4920  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4921  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4922  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4923  * may still exist in local DMA zone.
4924  */
4925 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4926
4927 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4928 {
4929         int pos, j, node;
4930         int zone_type;          /* needs to be signed */
4931         struct zone *z;
4932         struct zonelist *zonelist;
4933
4934         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4935         pos = 0;
4936         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4937                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4938                         node = node_order[j];
4939                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4940                         if (managed_zone(z)) {
4941                                 zoneref_set_zone(z,
4942                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4943                                 check_highest_zone(zone_type);
4944                         }
4945                 }
4946         }
4947         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4948         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4949 }
4950
4951 #if defined(CONFIG_64BIT)
4952 /*
4953  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4954  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4955  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4956  */
4957 static int default_zonelist_order(void)
4958 {
4959         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4960 }
4961 #else
4962 /*
4963  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4964  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4965  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4966  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4967  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4968  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4969  */
4970 static int default_zonelist_order(void)
4971 {
4972         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4973 }
4974 #endif /* CONFIG_64BIT */
4975
4976 static void set_zonelist_order(void)
4977 {
4978         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4979                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4980         else
4981                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4982 }
4983
4984 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4985 {
4986         int i, node, load;
4987         nodemask_t used_mask;
4988         int local_node, prev_node;
4989         struct zonelist *zonelist;
4990         unsigned int order = current_zonelist_order;
4991
4992         /* initialize zonelists */
4993         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4994                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4995                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4996                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4997         }
4998
4999         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5000         local_node = pgdat->node_id;
5001         load = nr_online_nodes;
5002         prev_node = local_node;
5003         nodes_clear(used_mask);
5004
5005         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5006         i = 0;
5007
5008         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5009                 /*
5010                  * We don't want to pressure a particular node.
5011                  * So adding penalty to the first node in same
5012                  * distance group to make it round-robin.
5013                  */
5014                 if (node_distance(local_node, node) !=
5015                     node_distance(local_node, prev_node))
5016                         node_load[node] = load;
5017
5018                 prev_node = node;
5019                 load--;
5020                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
5021                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
5022                 else
5023                         node_order[i++] = node; /* remember order */
5024         }
5025
5026         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
5027                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
5028                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
5029         }
5030
5031         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5032 }
5033
5034 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5035 /*
5036  * Return node id of node used for "local" allocations.
5037  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5038  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5039  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5040  */
5041 int local_memory_node(int node)
5042 {
5043         struct zoneref *z;
5044
5045         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5046                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5047                                    NULL);
5048         return z->zone->node;
5049 }
5050 #endif
5051
5052 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5053 static void setup_min_slab_ratio(void);
5054 #else   /* CONFIG_NUMA */
5055
5056 static void set_zonelist_order(void)
5057 {
5058         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5059 }
5060
5061 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5062 {
5063         int node, local_node;
5064         enum zone_type j;
5065         struct zonelist *zonelist;
5066
5067         local_node = pgdat->node_id;
5068
5069         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5070         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5071
5072         /*
5073          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5074          * of all the other nodes.
5075          * We don't want to pressure a particular node, so when
5076          * building the zones for node N, we make sure that the
5077          * zones coming right after the local ones are those from
5078          * node N+1 (modulo N)
5079          */
5080         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5081                 if (!node_online(node))
5082                         continue;
5083                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5084         }
5085         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5086                 if (!node_online(node))
5087                         continue;
5088                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5089         }
5090
5091         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5092         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5093 }
5094
5095 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5096
5097 /*
5098  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5099  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5100  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5101  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5102  * with interrupts disabled.
5103  *
5104  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5105  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5106  * hotplugged processors.
5107  *
5108  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5109  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5110  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5111  */
5112 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5113 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5114 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5115
5116 /*
5117  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5118  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5119  */
5120 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5121
5122 /* return values int ....just for stop_machine() */
5123 static int __build_all_zonelists(void *data)
5124 {
5125         int nid;
5126         int cpu;
5127         pg_data_t *self = data;
5128
5129 #ifdef CONFIG_NUMA
5130         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5131 #endif
5132
5133         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5134                 build_zonelists(self);
5135         }
5136
5137         for_each_online_node(nid) {
5138                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5139
5140                 build_zonelists(pgdat);
5141         }
5142
5143         /*
5144          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5145          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5146          * each zone will be allocated later when the per cpu
5147          * allocator is available.
5148          *
5149          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5150          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5151          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5152          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5153          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5154          * (a chicken-egg dilemma).
5155          */
5156         for_each_possible_cpu(cpu) {
5157                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5158
5159 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5160                 /*
5161                  * We now know the "local memory node" for each node--
5162                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5163                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5164                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5165                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5166                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5167                  */
5168                 if (cpu_online(cpu))
5169                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5170 #endif
5171         }
5172
5173         return 0;
5174 }
5175
5176 static noinline void __init
5177 build_all_zonelists_init(void)
5178 {
5179         __build_all_zonelists(NULL);
5180         mminit_verify_zonelist();
5181         cpuset_init_current_mems_allowed();
5182 }
5183
5184 /*
5185  * Called with zonelists_mutex held always
5186  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5187  *
5188  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5189  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5190  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5191  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5192  */
5193 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5194 {
5195         set_zonelist_order();
5196
5197         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5198                 build_all_zonelists_init();
5199         } else {
5200 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5201                 if (zone)
5202                         setup_zone_pageset(zone);
5203 #endif
5204                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5205                    of zonelist */
5206                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5207                 /* cpuset refresh routine should be here */
5208         }
5209         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5210         /*
5211          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5212          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5213          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5214          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5215          * disabled and enable it later
5216          */
5217         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5218                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5219         else
5220                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5221
5222         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5223                 nr_online_nodes,
5224                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5225                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5226                 vm_total_pages);
5227 #ifdef CONFIG_NUMA
5228         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5229 #endif
5230 }
5231
5232 /*
5233  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5234  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5235  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5236  */
5237 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5238                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5239 {
5240         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5241         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5242         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5243         unsigned long pfn;
5244         unsigned long nr_initialised = 0;
5245 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5246         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5247 #endif
5248
5249         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5250                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5251
5252         /*
5253          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5254          * memory
5255          */
5256         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5257                 start_pfn += altmap->reserve;
5258
5259         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5260                 /*
5261                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5262                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5263                  */
5264                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5265                         goto not_early;
5266
5267                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5268 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5269                         /*
5270                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5271                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5272                          * on our next iteration of the loop.
5273                          */
5274                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5275 #endif
5276                         continue;
5277                 }
5278                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5279                         continue;
5280                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5281                         break;
5282
5283 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5284                 /*
5285                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5286                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5287                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5288                  */
5289                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5290                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5291                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5292                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5293                                                 break;
5294                                 r = tmp;
5295                         }
5296                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5297                             memblock_is_mirror(r)) {
5298                                 /* already initialized as NORMAL */
5299                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5300                                 continue;
5301                         }
5302                 }
5303 #endif
5304
5305 not_early:
5306                 /*
5307                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5308                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5309                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5310                  * the address space during boot when many long-lived
5311                  * kernel allocations are made.
5312                  *
5313                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5314                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5315                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5316                  * pfn out of zone.
5317                  */
5318                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5319                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5320
5321                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5322                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5323                 } else {
5324                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5325                 }
5326         }
5327 }
5328
5329 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5330 {
5331         unsigned int order, t;
5332         for_each_migratetype_order(order, t) {
5333                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5334                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5335         }
5336 }
5337
5338 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5339 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5340         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5341 #endif
5342
5343 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5344 {
5345 #ifdef CONFIG_MMU
5346         int batch;
5347
5348         /*
5349          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5350          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5351          *
5352          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5353          */
5354         batch = zone->managed_pages / 1024;
5355         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5356                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5357         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5358         if (batch < 1)
5359                 batch = 1;
5360
5361         /*
5362          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5363          * of 2 value was found to be more likely to have
5364          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5365          *
5366          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5367          * batches of pages, one task can end up with a lot
5368          * of pages of one half of the possible page colors
5369          * and the other with pages of the other colors.
5370          */
5371         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5372
5373         return batch;
5374
5375 #else
5376         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5377          * conditions.
5378          *
5379          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5380          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5381          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5382          *
5383          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5384          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5385          * can be a significant delay between the individual batches being
5386          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5387          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5388          */
5389         return 0;
5390 #endif
5391 }
5392
5393 /*
5394  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5395  * ->batch must never be higher then ->high.
5396  * The following function updates them in a safe manner without read side
5397  * locking.
5398  *
5399  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5400  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5401  *
5402  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5403  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5404  * exist).
5405  */
5406 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5407                 unsigned long batch)
5408 {
5409        /* start with a fail safe value for batch */
5410         pcp->batch = 1;
5411         smp_wmb();
5412
5413        /* Update high, then batch, in order */
5414         pcp->high = high;
5415         smp_wmb();
5416
5417         pcp->batch = batch;
5418 }
5419
5420 /* a companion to pageset_set_high() */
5421 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5422 {
5423         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5424 }
5425
5426 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5427 {
5428         struct per_cpu_pages *pcp;
5429         int migratetype;
5430
5431         memset(p, 0, sizeof(*p));
5432
5433         pcp = &p->pcp;
5434         pcp->count = 0;
5435         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5436                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5437 }
5438
5439 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5440 {
5441         pageset_init(p);
5442         pageset_set_batch(p, batch);
5443 }
5444
5445 /*
5446  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5447  * to the value high for the pageset p.
5448  */
5449 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5450                                 unsigned long high)
5451 {
5452         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5453         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5454                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5455
5456         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5457 }
5458
5459 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5460                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5461 {
5462         if (percpu_pagelist_fraction)
5463                 pageset_set_high(pcp,
5464                         (zone->managed_pages /
5465                                 percpu_pagelist_fraction));
5466         else
5467                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5468 }
5469
5470 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5471 {
5472         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5473
5474         pageset_init(pcp);
5475         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5476 }
5477
5478 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5479 {
5480         int cpu;
5481         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5482         for_each_possible_cpu(cpu)
5483                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5484 }
5485
5486 /*
5487  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5488  * Before this call only boot pagesets were available.
5489  */
5490 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5491 {
5492         struct pglist_data *pgdat;
5493         struct zone *zone;
5494
5495         for_each_populated_zone(zone)
5496                 setup_zone_pageset(zone);
5497
5498         for_each_online_pgdat(pgdat)
5499                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5500                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5501 }
5502
5503 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5504 {
5505         /*
5506          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5507          * relies on the ability of the linker to provide the
5508          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5509          */
5510         zone->pageset = &boot_pageset;
5511
5512         if (populated_zone(zone))
5513                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5514                         zone->name, zone->present_pages,
5515                                          zone_batchsize(zone));
5516 }
5517
5518 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5519                                         unsigned long zone_start_pfn,
5520                                         unsigned long size)
5521 {
5522         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5523
5524         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5525
5526         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5527
5528         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5529                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5530                         pgdat->node_id,
5531                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5532                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5533
5534         zone_init_free_lists(zone);
5535         zone->initialized = 1;
5536
5537         return 0;
5538 }
5539
5540 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5541 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5542
5543 /*
5544  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5545  */
5546 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5547                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5548 {
5549         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5550         int nid;
5551
5552         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5553                 return state->last_nid;
5554
5555         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5556         if (nid != -1) {
5557                 state->last_start = start_pfn;
5558                 state->last_end = end_pfn;
5559                 state->last_nid = nid;
5560         }
5561
5562         return nid;
5563 }
5564 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5565
5566 /**
5567  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5568  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5569  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5570  *
5571  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5572  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5573  * memblock_free_early_nid() manually.
5574  */
5575 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5576 {
5577         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5578         int i, this_nid;
5579
5580         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5581                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5582                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5583
5584                 if (start_pfn < end_pfn)
5585                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5586                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5587                                         this_nid);
5588         }
5589 }
5590
5591 /**
5592  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5593  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5594  *
5595  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5596  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5597  */
5598 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5599 {
5600         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5601         int i, this_nid;
5602
5603         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5604                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5605 }
5606
5607 /**
5608  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5609  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5610  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5611  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5612  *
5613  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5614  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5615  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5616  * PFNs will be 0.
5617  */
5618 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5619                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5620 {
5621         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5622         int i;
5623
5624         *start_pfn = -1UL;
5625         *end_pfn = 0;
5626
5627         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5628                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5629                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5630         }
5631
5632         if (*start_pfn == -1UL)
5633                 *start_pfn = 0;
5634 }
5635
5636 /*
5637  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5638  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5639  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5640  */
5641 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5642 {
5643         int zone_index;
5644         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5645                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5646                         continue;
5647
5648                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5649                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5650                         break;
5651         }
5652
5653         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5654         movable_zone = zone_index;
5655 }
5656
5657 /*
5658  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5659  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5660  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5661  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5662  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5663  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5664  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5665  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5666  */
5667 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5668                                         unsigned long zone_type,
5669                                         unsigned long node_start_pfn,
5670                                         unsigned long node_end_pfn,
5671                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5672                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5673 {
5674         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5675         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5676                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5677                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5678                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5679                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5680                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5681
5682                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5683                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5684                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5685                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5686                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5687
5688                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5689                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5690                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5691         }
5692 }
5693
5694 /*
5695  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5696  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5697  */
5698 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5699                                         unsigned long zone_type,
5700                                         unsigned long node_start_pfn,
5701                                         unsigned long node_end_pfn,
5702                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5703                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5704                                         unsigned long *ignored)
5705 {
5706         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5707         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5708                 return 0;
5709
5710         /* Get the start and end of the zone */
5711         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5712         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5713         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5714                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5715                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5716
5717         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5718         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5719                 return 0;
5720
5721         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5722         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5723         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5724
5725         /* Return the spanned pages */
5726         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5727 }
5728
5729 /*
5730  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5731  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5732  */
5733 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5734                                 unsigned long range_start_pfn,
5735                                 unsigned long range_end_pfn)
5736 {
5737         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5738         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5739         int i;
5740
5741         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5742                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5743                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5744                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5745         }
5746         return nr_absent;
5747 }
5748
5749 /**
5750  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5751  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5752  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5753  *
5754  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5755  */
5756 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5757                                                         unsigned long end_pfn)
5758 {
5759         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5760 }
5761
5762 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5763 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5764                                         unsigned long zone_type,
5765                                         unsigned long node_start_pfn,
5766                                         unsigned long node_end_pfn,
5767                                         unsigned long *ignored)
5768 {
5769         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5770         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5771         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5772         unsigned long nr_absent;
5773
5774         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5775         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5776                 return 0;
5777
5778         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5779         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5780
5781         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5782                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5783                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5784         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5785
5786         /*
5787          * ZONE_MOVABLE handling.
5788          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5789          * and vice versa.
5790          */
5791         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5792                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5793                 struct memblock_region *r;
5794
5795                 for_each_memblock(memory, r) {
5796                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5797                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5798                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5799                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5800
5801                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5802                             memblock_is_mirror(r))
5803                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5804
5805                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5806                             !memblock_is_mirror(r))
5807                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5808                 }
5809         }
5810
5811         return nr_absent;
5812 }
5813
5814 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5815 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5816                                         unsigned long zone_type,
5817                                         unsigned long node_start_pfn,
5818                                         unsigned long node_end_pfn,
5819                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5820                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5821                                         unsigned long *zones_size)
5822 {
5823         unsigned int zone;
5824
5825         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5826         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5827                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5828
5829         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5830
5831         return zones_size[zone_type];
5832 }
5833
5834 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5835                                                 unsigned long zone_type,
5836                                                 unsigned long node_start_pfn,
5837                                                 unsigned long node_end_pfn,
5838                                                 unsigned long *zholes_size)
5839 {
5840         if (!zholes_size)
5841                 return 0;
5842
5843         return zholes_size[zone_type];
5844 }
5845
5846 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5847
5848 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5849                                                 unsigned long node_start_pfn,
5850                                                 unsigned long node_end_pfn,
5851                                                 unsigned long *zones_size,
5852                                                 unsigned long *zholes_size)
5853 {
5854         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5855         enum zone_type i;
5856
5857         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5858                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5859                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5860                 unsigned long size, real_size;
5861
5862                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5863                                                   node_start_pfn,
5864                                                   node_end_pfn,
5865                                                   &zone_start_pfn,
5866                                                   &zone_end_pfn,
5867                                                   zones_size);
5868                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5869                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5870                                                   zholes_size);
5871                 if (size)
5872                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5873                 else
5874                         zone->zone_start_pfn = 0;
5875                 zone->spanned_pages = size;
5876                 zone->present_pages = real_size;
5877
5878                 totalpages += size;
5879                 realtotalpages += real_size;
5880         }
5881
5882         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5883         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5884         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5885                                                         realtotalpages);
5886 }
5887
5888 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5889 /*
5890  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5891  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5892  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5893  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5894  * bytes.
5895  */
5896 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5897 {
5898         unsigned long usemapsize;
5899
5900         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5901         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5902         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5903         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5904         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5905
5906         return usemapsize / 8;
5907 }
5908
5909 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5910                                 struct zone *zone,
5911                                 unsigned long zone_start_pfn,
5912                                 unsigned long zonesize)
5913 {
5914         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5915         zone->pageblock_flags = NULL;
5916         if (usemapsize)
5917                 zone->pageblock_flags =
5918                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5919                                                          pgdat->node_id);
5920 }
5921 #else
5922 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5923                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5924 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5925
5926 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5927
5928 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5929 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5930 {
5931         unsigned int order;
5932
5933         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5934         if (pageblock_order)
5935                 return;
5936
5937         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5938                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5939         else
5940                 order = MAX_ORDER - 1;
5941
5942         /*
5943          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5944          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5945          * powerpc.
5946          */
5947         pageblock_order = order;
5948 }
5949 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5950
5951 /*
5952  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5953  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5954  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5955  * the kernel config
5956  */
5957 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5958 {
5959 }
5960
5961 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5962
5963 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5964                                                    unsigned long present_pages)
5965 {
5966         unsigned long pages = spanned_pages;
5967
5968         /*
5969          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5970          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5971          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5972          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5973          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5974          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5975          */
5976         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5977             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5978                 pages = present_pages;
5979
5980         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5981 }
5982
5983 /*
5984  * Set up the zone data structures:
5985  *   - mark all pages reserved
5986  *   - mark all memory queues empty
5987  *   - clear the memory bitmaps
5988  *
5989  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5990  */
5991 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5992 {
5993         enum zone_type j;
5994         int nid = pgdat->node_id;
5995         int ret;
5996
5997         pgdat_resize_init(pgdat);
5998 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5999         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
6000         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
6001         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
6002 #endif
6003 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6004         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6005         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6006         pgdat->split_queue_len = 0;
6007 #endif
6008         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6009         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6010 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6011         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6012 #endif
6013         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6014         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6015         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6016
6017         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6018                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6019                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
6020                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6021
6022                 size = zone->spanned_pages;
6023                 realsize = freesize = zone->present_pages;
6024
6025                 /*
6026                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6027                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6028                  * and per-cpu initialisations
6029                  */
6030                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6031                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6032                         if (freesize >= memmap_pages) {
6033                                 freesize -= memmap_pages;
6034                                 if (memmap_pages)
6035                                         printk(KERN_DEBUG
6036                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6037                                                zone_names[j], memmap_pages);
6038                         } else
6039                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6040                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6041                 }
6042
6043                 /* Account for reserved pages */
6044                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6045                         freesize -= dma_reserve;
6046                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6047                                         zone_names[0], dma_reserve);
6048                 }
6049
6050                 if (!is_highmem_idx(j))
6051                         nr_kernel_pages += freesize;
6052                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6053                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6054                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6055                 nr_all_pages += freesize;
6056
6057                 /*
6058                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6059                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6060                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6061                  */
6062                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6063 #ifdef CONFIG_NUMA
6064                 zone->node = nid;
6065 #endif
6066                 zone->name = zone_names[j];
6067                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6068                 spin_lock_init(&zone->lock);
6069                 zone_seqlock_init(zone);
6070                 zone_pcp_init(zone);
6071
6072                 if (!size)
6073                         continue;
6074
6075                 set_pageblock_order();
6076                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6077                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6078                 BUG_ON(ret);
6079                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6080         }
6081 }
6082
6083 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6084 {
6085         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6086         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6087
6088         /* Skip empty nodes */
6089         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6090                 return;
6091
6092 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6093         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6094         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6095         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6096         if (!pgdat->node_mem_map) {
6097                 unsigned long size, end;
6098                 struct page *map;
6099
6100                 /*
6101                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6102                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6103                  * for the buddy allocator to function correctly.
6104                  */
6105                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6106                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6107                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6108                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6109                 if (!map)
6110                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6111                                                                pgdat->node_id);
6112                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6113         }
6114 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6115         /*
6116          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6117          */
6118         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6119                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6120 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6121                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6122                         mem_map -= offset;
6123 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6124         }
6125 #endif
6126 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6127 }
6128
6129 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6130                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6131 {
6132         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6133         unsigned long start_pfn = 0;
6134         unsigned long end_pfn = 0;
6135
6136         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6137         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6138
6139         reset_deferred_meminit(pgdat);
6140         pgdat->node_id = nid;
6141         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6142         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6144         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6145         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6146                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6147                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6148 #else
6149         start_pfn = node_start_pfn;
6150 #endif
6151         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6152                                   zones_size, zholes_size);
6153
6154         alloc_node_mem_map(pgdat);
6155 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6156         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6157                 nid, (unsigned long)pgdat,
6158                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6159 #endif
6160
6161         free_area_init_core(pgdat);
6162 }
6163
6164 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6165
6166 #if MAX_NUMNODES > 1
6167 /*
6168  * Figure out the number of possible node ids.
6169  */
6170 void __init setup_nr_node_ids(void)
6171 {
6172         unsigned int highest;
6173
6174         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6175         nr_node_ids = highest + 1;
6176 }
6177 #endif
6178
6179 /**
6180  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6181  *
6182  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6183  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6184  * all the nodes.
6185  *
6186  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6187  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6188  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6189  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6190  *
6191  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6192  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6193  * populated node map.
6194  *
6195  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6196  * requirement (single node).
6197  */
6198 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6199 {
6200         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6201         unsigned long start, end, mask;
6202         int last_nid = -1;
6203         int i, nid;
6204
6205         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6206                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6207                         last_nid = nid;
6208                         last_end = end;
6209                         continue;
6210                 }
6211
6212                 /*
6213                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6214                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6215                  * too coarse to separate the current node from the last.
6216                  */
6217                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6218                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6219                         mask <<= 1;
6220
6221                 /* accumulate all internode masks */
6222                 accl_mask |= mask;
6223         }
6224
6225         /* convert mask to number of pages */
6226         return ~accl_mask + 1;
6227 }
6228
6229 /* Find the lowest pfn for a node */
6230 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6231 {
6232         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6233         unsigned long start_pfn;
6234         int i;
6235
6236         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6237                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6238
6239         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6240                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6241                 return 0;
6242         }
6243
6244         return min_pfn;
6245 }
6246
6247 /**
6248  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6249  *
6250  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6251  * memblock_set_node().
6252  */
6253 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6254 {
6255         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6256 }
6257
6258 /*
6259  * early_calculate_totalpages()
6260  * Sum pages in active regions for movable zone.
6261  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6262  */
6263 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6264 {
6265         unsigned long totalpages = 0;
6266         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6267         int i, nid;
6268
6269         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6270                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6271
6272                 totalpages += pages;
6273                 if (pages)
6274                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6275         }
6276         return totalpages;
6277 }
6278
6279 /*
6280  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6281  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6282  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6283  * others
6284  */
6285 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6286 {
6287         int i, nid;
6288         unsigned long usable_startpfn;
6289         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6290         /* save the state before borrow the nodemask */
6291         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6292         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6293         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6294         struct memblock_region *r;
6295
6296         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6297         find_usable_zone_for_movable();
6298
6299         /*
6300          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6301          * options.
6302          */
6303         if (movable_node_is_enabled()) {
6304                 for_each_memblock(memory, r) {
6305                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6306                                 continue;
6307
6308                         nid = r->nid;
6309
6310                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6311                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6312                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6313                                 usable_startpfn;
6314                 }
6315
6316                 goto out2;
6317         }
6318
6319         /*
6320          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6321          */
6322         if (mirrored_kernelcore) {
6323                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6324
6325                 for_each_memblock(memory, r) {
6326                         if (memblock_is_mirror(r))
6327                                 continue;
6328
6329                         nid = r->nid;
6330
6331                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6332
6333                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6334                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6335                                 continue;
6336                         }
6337
6338                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6339                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6340                                 usable_startpfn;
6341                 }
6342
6343                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6344                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6345
6346                 goto out2;
6347         }
6348
6349         /*
6350          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6351          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6352          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6353          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6354          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6355          * what movablecore would have allowed.
6356          */
6357         if (required_movablecore) {
6358                 unsigned long corepages;
6359
6360                 /*
6361                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6362                  * was requested by the user
6363                  */
6364                 required_movablecore =
6365                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6366                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6367                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6368
6369                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6370         }
6371
6372         /*
6373          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6374          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6375          */
6376         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6377                 goto out;
6378
6379         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6380         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6381
6382 restart:
6383         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6384         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6385         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6386                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6387
6388                 /*
6389                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6390                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6391                  * amount of memory for the kernel
6392                  */
6393                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6394                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6395
6396                 /*
6397                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6398                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6399                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6400                  */
6401                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6402
6403                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6404                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6405                         unsigned long size_pages;
6406
6407                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6408                         if (start_pfn >= end_pfn)
6409                                 continue;
6410
6411                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6412                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6413                                 unsigned long kernel_pages;
6414                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6415                                                                 - start_pfn;
6416
6417                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6418                                                         kernelcore_remaining);
6419                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6420                                                         required_kernelcore);
6421
6422                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6423                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6424
6425                                         /*
6426                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6427                                          * that if we have to rebalance
6428                                          * kernelcore across nodes, we will
6429                                          * not double account here
6430                                          */
6431                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6432                                         continue;
6433                                 }
6434                                 start_pfn = usable_startpfn;
6435                         }
6436
6437                         /*
6438                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6439                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6440                          * number of pages used as kernelcore
6441                          */
6442                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6443                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6444                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6445                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6446
6447                         /*
6448                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6449                          * break if the kernelcore for this node has been
6450                          * satisfied
6451                          */
6452                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6453                                                                 size_pages);
6454                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6455                         if (!kernelcore_remaining)
6456                                 break;
6457                 }
6458         }
6459
6460         /*
6461          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6462          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6463          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6464          * satisfied
6465          */
6466         usable_nodes--;
6467         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6468                 goto restart;
6469
6470 out2:
6471         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6472         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6473                 zone_movable_pfn[nid] =
6474                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6475
6476 out:
6477         /* restore the node_state */
6478         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6479 }
6480
6481 /* Any regular or high memory on that node ? */
6482 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6483 {
6484         enum zone_type zone_type;
6485
6486         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6487                 return;
6488
6489         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6490                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6491                 if (populated_zone(zone)) {
6492                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6493                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6494                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6495                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6496                         break;
6497                 }
6498         }
6499 }
6500
6501 /**
6502  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6503  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6504  *
6505  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6506  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6507  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6508  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6509  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6510  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6511  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6512  * at arch_max_dma_pfn.
6513  */
6514 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6515 {
6516         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6517         int i, nid;
6518
6519         /* Record where the zone boundaries are */
6520         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6521                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6522         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6523                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6524
6525         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6526
6527         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6528                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6529                         continue;
6530
6531                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6532                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6533                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6534
6535                 start_pfn = end_pfn;
6536         }
6537
6538         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6539         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6540         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6541
6542         /* Print out the zone ranges */
6543         pr_info("Zone ranges:\n");
6544         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6545                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6546                         continue;
6547                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6548                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6549                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6550                         pr_cont("empty\n");
6551                 else
6552                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6553                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6554                                         << PAGE_SHIFT,
6555                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6556                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6557         }
6558
6559         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6560         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6561         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6562                 if (zone_movable_pfn[i])
6563                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6564                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6565         }
6566
6567         /* Print out the early node map */
6568         pr_info("Early memory node ranges\n");
6569         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6570                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6571                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6572                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6573
6574         /* Initialise every node */
6575         mminit_verify_pageflags_layout();
6576         setup_nr_node_ids();
6577         for_each_online_node(nid) {
6578                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6579                 free_area_init_node(nid, NULL,
6580                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6581
6582                 /* Any memory on that node */
6583                 if (pgdat->node_present_pages)
6584                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6585                 check_for_memory(pgdat, nid);
6586         }
6587 }
6588
6589 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6590 {
6591         unsigned long long coremem;
6592         if (!p)
6593                 return -EINVAL;
6594
6595         coremem = memparse(p, &p);
6596         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6597
6598         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6599         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6600
6601         return 0;
6602 }
6603
6604 /*
6605  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6606  * cannot be reclaimed or migrated.
6607  */
6608 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6609 {
6610         /* parse kernelcore=mirror */
6611         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6612                 mirrored_kernelcore = true;
6613                 return 0;
6614         }
6615
6616         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6617 }
6618
6619 /*
6620  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6621  * can be reclaimed or migrated.
6622  */
6623 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6624 {
6625         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6626 }
6627
6628 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6629 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6630
6631 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6632
6633 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6634 {
6635         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6636         page_zone(page)->managed_pages += count;
6637         totalram_pages += count;
6638 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6639         if (PageHighMem(page))
6640                 totalhigh_pages += count;
6641 #endif
6642         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6643 }
6644 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6645
6646 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6647 {
6648         void *pos;
6649         unsigned long pages = 0;
6650
6651         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6652         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6653         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6654                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6655                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6656                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6657         }
6658
6659         if (pages && s)
6660                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6661                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6662
6663         return pages;
6664 }
6665 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6666
6667 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6668 void free_highmem_page(struct page *page)
6669 {
6670         __free_reserved_page(page);
6671         totalram_pages++;
6672         page_zone(page)->managed_pages++;
6673         totalhigh_pages++;
6674 }
6675 #endif
6676
6677
6678 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6679 {
6680         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6681         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6682
6683         physpages = get_num_physpages();
6684         codesize = _etext - _stext;
6685         datasize = _edata - _sdata;
6686         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6687         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6688         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6689         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6690
6691         /*
6692          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6693          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6694          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6695          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6696          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6697          */
6698 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6699         do { \
6700                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6701                         size -= adj; \
6702         } while (0)
6703
6704         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6705                      _sinittext, init_code_size);
6706         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6707         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6708         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6709         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6710
6711 #undef  adj_init_size
6712
6713         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6714 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6715                 ", %luK highmem"
6716 #endif
6717                 "%s%s)\n",
6718                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6719                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6720                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6721                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6722                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6723                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6724 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6725                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6726 #endif
6727                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6728 }
6729
6730 /**
6731  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6732  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6733  *
6734  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6735  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6736  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6737  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6738  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6739  * smaller per-cpu batchsize.
6740  */
6741 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6742 {
6743         dma_reserve = new_dma_reserve;
6744 }
6745
6746 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6747 {
6748         free_area_init_node(0, zones_size,
6749                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6750 }
6751
6752 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6753 {
6754
6755         lru_add_drain_cpu(cpu);
6756         drain_pages(cpu);
6757
6758         /*
6759          * Spill the event counters of the dead processor
6760          * into the current processors event counters.
6761          * This artificially elevates the count of the current
6762          * processor.
6763          */
6764         vm_events_fold_cpu(cpu);
6765
6766         /*
6767          * Zero the differential counters of the dead processor
6768          * so that the vm statistics are consistent.
6769          *
6770          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6771          * race with what we are doing.
6772          */
6773         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6774         return 0;
6775 }
6776
6777 void __init page_alloc_init(void)
6778 {
6779         int ret;
6780
6781         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6782                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6783                                         page_alloc_cpu_dead);
6784         WARN_ON(ret < 0);
6785 }
6786
6787 /*
6788  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6789  *      or min_free_kbytes changes.
6790  */
6791 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6792 {
6793         struct pglist_data *pgdat;
6794         unsigned long reserve_pages = 0;
6795         enum zone_type i, j;
6796
6797         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6798
6799                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6800
6801                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6802                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6803                         long max = 0;
6804
6805                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6806                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6807                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6808                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6809                         }
6810
6811                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6812                         max += high_wmark_pages(zone);
6813
6814                         if (max > zone->managed_pages)
6815                                 max = zone->managed_pages;
6816
6817                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6818
6819                         reserve_pages += max;
6820                 }
6821         }
6822         totalreserve_pages = reserve_pages;
6823 }
6824
6825 /*
6826  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6827  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6828  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6829  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6830  */
6831 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6832 {
6833         struct pglist_data *pgdat;
6834         enum zone_type j, idx;
6835
6836         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6837                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6838                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6839                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6840
6841                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6842
6843                         idx = j;
6844                         while (idx) {
6845                                 struct zone *lower_zone;
6846
6847                                 idx--;
6848
6849                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6850                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6851
6852                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6853                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6854                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6855                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6856                         }
6857                 }
6858         }
6859
6860         /* update totalreserve_pages */
6861         calculate_totalreserve_pages();
6862 }
6863
6864 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6865 {
6866         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6867         unsigned long lowmem_pages = 0;
6868         struct zone *zone;
6869         unsigned long flags;
6870
6871         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6872         for_each_zone(zone) {
6873                 if (!is_highmem(zone))
6874                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6875         }
6876
6877         for_each_zone(zone) {
6878                 u64 tmp;
6879
6880                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6881                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6882                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6883                 if (is_highmem(zone)) {
6884                         /*
6885                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6886                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6887                          * value here.
6888                          *
6889                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6890                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6891                          * not be capped for highmem.
6892                          */
6893                         unsigned long min_pages;
6894
6895                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6896                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6897                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6898                 } else {
6899                         /*
6900                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6901                          * proportionate to the zone's size.
6902                          */
6903                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6904                 }
6905
6906                 /*
6907                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6908                  * scale factor in proportion to available memory, but
6909                  * ensure a minimum size on small systems.
6910                  */
6911                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6912                             mult_frac(zone->managed_pages,
6913                                       watermark_scale_factor, 10000));
6914
6915                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6916                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6917
6918                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6919         }
6920
6921         /* update totalreserve_pages */
6922         calculate_totalreserve_pages();
6923 }
6924
6925 /**
6926  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6927  * or when memory is hot-{added|removed}
6928  *
6929  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6930  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6931  */
6932 void setup_per_zone_wmarks(void)
6933 {
6934         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6935         __setup_per_zone_wmarks();
6936         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6937 }
6938
6939 /*
6940  * Initialise min_free_kbytes.
6941  *
6942  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6943  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6944  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6945  *
6946  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6947  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6948  *
6949  * which yields
6950  *
6951  * 16MB:        512k
6952  * 32MB:        724k
6953  * 64MB:        1024k
6954  * 128MB:       1448k
6955  * 256MB:       2048k
6956  * 512MB:       2896k
6957  * 1024MB:      4096k
6958  * 2048MB:      5792k
6959  * 4096MB:      8192k
6960  * 8192MB:      11584k
6961  * 16384MB:     16384k
6962  */
6963 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6964 {
6965         unsigned long lowmem_kbytes;
6966         int new_min_free_kbytes;
6967
6968         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6969         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6970
6971         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6972                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6973                 if (min_free_kbytes < 128)
6974                         min_free_kbytes = 128;
6975                 if (min_free_kbytes > 65536)
6976                         min_free_kbytes = 65536;
6977         } else {
6978                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6979                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6980         }
6981         setup_per_zone_wmarks();
6982         refresh_zone_stat_thresholds();
6983         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6984
6985 #ifdef CONFIG_NUMA
6986         setup_min_unmapped_ratio();
6987         setup_min_slab_ratio();
6988 #endif
6989
6990         return 0;
6991 }
6992 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6993
6994 /*
6995  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6996  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6997  *      changes.
6998  */
6999 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7000         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7001 {
7002         int rc;
7003
7004         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7005         if (rc)
7006                 return rc;
7007
7008         if (write) {
7009                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7010                 setup_per_zone_wmarks();
7011         }
7012         return 0;
7013 }
7014
7015 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7016         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7017 {
7018         int rc;
7019
7020         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7021         if (rc)
7022                 return rc;
7023
7024         if (write)
7025                 setup_per_zone_wmarks();
7026
7027         return 0;
7028 }
7029
7030 #ifdef CONFIG_NUMA
7031 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7032 {
7033         pg_data_t *pgdat;
7034         struct zone *zone;
7035
7036         for_each_online_pgdat(pgdat)
7037                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7038
7039         for_each_zone(zone)
7040                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7041                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7042 }
7043
7044
7045 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7046         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7047 {
7048         int rc;
7049
7050         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7051         if (rc)
7052                 return rc;
7053
7054         setup_min_unmapped_ratio();
7055
7056         return 0;
7057 }
7058
7059 static void setup_min_slab_ratio(void)
7060 {
7061         pg_data_t *pgdat;
7062         struct zone *zone;
7063
7064         for_each_online_pgdat(pgdat)
7065                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7066
7067         for_each_zone(zone)
7068                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7069                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7070 }
7071
7072 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7073         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7074 {
7075         int rc;
7076
7077         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7078         if (rc)
7079                 return rc;
7080
7081         setup_min_slab_ratio();
7082
7083         return 0;
7084 }
7085 #endif
7086
7087 /*
7088  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7089  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7090  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7091  *
7092  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7093  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7094  * if in function of the boot time zone sizes.
7095  */
7096 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7097         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7098 {
7099         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7100         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7101         return 0;
7102 }
7103
7104 /*
7105  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7106  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7107  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7108  */
7109 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7110         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7111 {
7112         struct zone *zone;
7113         int old_percpu_pagelist_fraction;
7114         int ret;
7115
7116         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7117         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7118
7119         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7120         if (!write || ret < 0)
7121                 goto out;
7122
7123         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7124         if (percpu_pagelist_fraction &&
7125             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7126                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7127                 ret = -EINVAL;
7128                 goto out;
7129         }
7130
7131         /* No change? */
7132         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7133                 goto out;
7134
7135         for_each_populated_zone(zone) {
7136                 unsigned int cpu;
7137
7138                 for_each_possible_cpu(cpu)
7139                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7140                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7141         }
7142 out:
7143         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7144         return ret;
7145 }
7146
7147 #ifdef CONFIG_NUMA
7148 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7149
7150 static int __init set_hashdist(char *str)
7151 {
7152         if (!str)
7153                 return 0;
7154         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7155         return 1;
7156 }
7157 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7158 #endif
7159
7160 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7161 /*
7162  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7163  * is not known to alloc_large_system_hash().
7164  */
7165 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7166 {
7167         return 0;
7168 }
7169 #endif
7170
7171 /*
7172  * allocate a large system hash table from bootmem
7173  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7174  *   quantity of entries
7175  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7176  */
7177 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7178                                      unsigned long bucketsize,
7179                                      unsigned long numentries,
7180                                      int scale,
7181                                      int flags,
7182                                      unsigned int *_hash_shift,
7183                                      unsigned int *_hash_mask,
7184                                      unsigned long low_limit,
7185                                      unsigned long high_limit)
7186 {
7187         unsigned long long max = high_limit;
7188         unsigned long log2qty, size;
7189         void *table = NULL;
7190
7191         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7192         if (!numentries) {
7193                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7194                 numentries = nr_kernel_pages;
7195                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7196
7197                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7198                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7199                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7200
7201                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7202                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7203                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7204                 else
7205                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7206
7207                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7208                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7209                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7210                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7211                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7212                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7213                                 BUG_ON(!numentries);
7214                         }
7215                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7216                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7217         }
7218         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7219
7220         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7221         if (max == 0) {
7222                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7223                 do_div(max, bucketsize);
7224         }
7225         max = min(max, 0x80000000ULL);
7226
7227         if (numentries < low_limit)
7228                 numentries = low_limit;
7229         if (numentries > max)
7230                 numentries = max;
7231
7232         log2qty = ilog2(numentries);
7233
7234         do {
7235                 size = bucketsize << log2qty;
7236                 if (flags & HASH_EARLY)
7237                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7238                 else if (hashdist)
7239                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7240                 else {
7241                         /*
7242                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7243                          * some pages at the end of hash table which
7244                          * alloc_pages_exact() automatically does
7245                          */
7246                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7247                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7248                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7249                         }
7250                 }
7251         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7252
7253         if (!table)
7254                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7255
7256         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7257                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7258
7259         if (_hash_shift)
7260                 *_hash_shift = log2qty;
7261         if (_hash_mask)
7262                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7263
7264         return table;
7265 }
7266
7267 /*
7268  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7269  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7270  *
7271  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7272  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7273  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7274  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7275  */
7276 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7277                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7278 {
7279         unsigned long pfn, iter, found;
7280         int mt;
7281
7282         /*
7283          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7284          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7285          */
7286         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7287                 return false;
7288         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7289         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7290                 return false;
7291
7292         pfn = page_to_pfn(page);
7293         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7294                 unsigned long check = pfn + iter;
7295
7296                 if (!pfn_valid_within(check))
7297                         continue;
7298
7299                 page = pfn_to_page(check);
7300
7301                 /*
7302                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7303                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7304                  * handle each tail page individually in migration.
7305                  */
7306                 if (PageHuge(page)) {
7307                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7308                         continue;
7309                 }
7310
7311                 /*
7312                  * We can't use page_count without pin a page
7313                  * because another CPU can free compound page.
7314                  * This check already skips compound tails of THP
7315                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7316                  */
7317                 if (!page_ref_count(page)) {
7318                         if (PageBuddy(page))
7319                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7320                         continue;
7321                 }
7322
7323                 /*
7324                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7325                  * page_count() is not 0.
7326                  */
7327                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7328                         continue;
7329
7330                 if (__PageMovable(page))
7331                         continue;
7332
7333                 if (!PageLRU(page))
7334                         found++;
7335                 /*
7336                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7337                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7338                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7339                  */
7340                 /*
7341                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7342                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7343                  *
7344                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7345                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7346                  * page at boot.
7347                  */
7348                 if (found > count)
7349                         return true;
7350         }
7351         return false;
7352 }
7353
7354 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7355 {
7356         struct zone *zone;
7357         unsigned long pfn;
7358
7359         /*
7360          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7361          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7362          * the zone but still within the section.
7363          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7364          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7365          */
7366         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7367                 return false;
7368
7369         zone = page_zone(page);
7370         pfn = page_to_pfn(page);
7371         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7372                 return false;
7373
7374         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7375 }
7376
7377 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7378
7379 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7380 {
7381         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7382                              pageblock_nr_pages) - 1);
7383 }
7384
7385 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7386 {
7387         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7388                                 pageblock_nr_pages));
7389 }
7390
7391 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7392 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7393                                         unsigned long start, unsigned long end)
7394 {
7395         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7396         unsigned long nr_reclaimed;
7397         unsigned long pfn = start;
7398         unsigned int tries = 0;
7399         int ret = 0;
7400
7401         migrate_prep();
7402
7403         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7404                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7405                         ret = -EINTR;
7406                         break;
7407                 }
7408
7409                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7410                         cc->nr_migratepages = 0;
7411                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7412                         if (!pfn) {
7413                                 ret = -EINTR;
7414                                 break;
7415                         }
7416                         tries = 0;
7417                 } else if (++tries == 5) {
7418                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7419                         break;
7420                 }
7421
7422                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7423                                                         &cc->migratepages);
7424                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7425
7426                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7427                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7428         }
7429         if (ret < 0) {
7430                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7431                 return ret;
7432         }
7433         return 0;
7434 }
7435
7436 /**
7437  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7438  * @start:      start PFN to allocate
7439  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7440  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7441  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7442  *                      in range must have the same migratetype and it must
7443  *                      be either of the two.
7444  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7445  *
7446  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7447  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7448  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7449  * pages fall in.
7450  *
7451  * The PFN range must belong to a single zone.
7452  *
7453  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7454  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7455  * need to be freed with free_contig_range().
7456  */
7457 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7458                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7459 {
7460         unsigned long outer_start, outer_end;
7461         unsigned int order;
7462         int ret = 0;
7463
7464         struct compact_control cc = {
7465                 .nr_migratepages = 0,
7466                 .order = -1,
7467                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7468                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7469                 .ignore_skip_hint = true,
7470                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7471         };
7472         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7473
7474         /*
7475          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7476          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7477          * have different sizes, and due to the way page allocator
7478          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7479          * that page allocator won't try to merge buddies from
7480          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7481          * other migration type.
7482          *
7483          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7484          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7485          * we are interested in).  This will put all the pages in
7486          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7487          *
7488          * When this is done, we take the pages in range from page
7489          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7490          * page allocator will never consider using them.
7491          *
7492          * This lets us mark the pageblocks back as
7493          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7494          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7495          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7496          */
7497
7498         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7499                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7500                                        false);
7501         if (ret)
7502                 return ret;
7503
7504         /*
7505          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7506          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7507          */
7508         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7509         if (ret && ret != -EBUSY)
7510                 goto done;
7511
7512         /*
7513          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7514          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7515          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7516          * What we are going to do is to allocate all pages from
7517          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7518          *
7519          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7520          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7521          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7522          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7523          * once this is done free the pages we are not interested in.
7524          *
7525          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7526          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7527          */
7528
7529         lru_add_drain_all();
7530         drain_all_pages(cc.zone);
7531
7532         order = 0;
7533         outer_start = start;
7534         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7535                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7536                         outer_start = start;
7537                         break;
7538                 }
7539                 outer_start &= ~0UL << order;
7540         }
7541
7542         if (outer_start != start) {
7543                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7544
7545                 /*
7546                  * outer_start page could be small order buddy page and
7547                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7548                  * in this case to report failed page properly
7549                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7550                  */
7551                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7552                         outer_start = start;
7553         }
7554
7555         /* Make sure the range is really isolated. */
7556         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7557                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7558                         __func__, outer_start, end);
7559                 ret = -EBUSY;
7560                 goto done;
7561         }
7562
7563         /* Grab isolated pages from freelists. */
7564         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7565         if (!outer_end) {
7566                 ret = -EBUSY;
7567                 goto done;
7568         }
7569
7570         /* Free head and tail (if any) */
7571         if (start != outer_start)
7572                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7573         if (end != outer_end)
7574                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7575
7576 done:
7577         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7578                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7579         return ret;
7580 }
7581
7582 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7583 {
7584         unsigned int count = 0;
7585
7586         for (; nr_pages--; pfn++) {
7587                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7588
7589                 count += page_count(page) != 1;
7590                 __free_page(page);
7591         }
7592         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7593 }
7594 #endif
7595
7596 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7597 /*
7598  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7599  * page high values need to be recalulated.
7600  */
7601 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7602 {
7603         unsigned cpu;
7604         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7605         for_each_possible_cpu(cpu)
7606                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7607                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7608         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7609 }
7610 #endif
7611
7612 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7613 {
7614         unsigned long flags;
7615         int cpu;
7616         struct per_cpu_pageset *pset;
7617
7618         /* avoid races with drain_pages()  */
7619         local_irq_save(flags);
7620         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7621                 for_each_online_cpu(cpu) {
7622                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7623                         drain_zonestat(zone, pset);
7624                 }
7625                 free_percpu(zone->pageset);
7626                 zone->pageset = &boot_pageset;
7627         }
7628         local_irq_restore(flags);
7629 }
7630
7631 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7632 /*
7633  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7634  * before calling this.
7635  */
7636 void
7637 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7638 {
7639         struct page *page;
7640         struct zone *zone;
7641         unsigned int order, i;
7642         unsigned long pfn;
7643         unsigned long flags;
7644         /* find the first valid pfn */
7645         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7646                 if (pfn_valid(pfn))
7647                         break;
7648         if (pfn == end_pfn)
7649                 return;
7650         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7651         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7652         pfn = start_pfn;
7653         while (pfn < end_pfn) {
7654                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7655                         pfn++;
7656                         continue;
7657                 }
7658                 page = pfn_to_page(pfn);
7659                 /*
7660                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7661                  * page_count() is not 0.
7662                  */
7663                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7664                         pfn++;
7665                         SetPageReserved(page);
7666                         continue;
7667                 }
7668
7669                 BUG_ON(page_count(page));
7670                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7671                 order = page_order(page);
7672 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7673                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7674                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7675 #endif
7676                 list_del(&page->lru);
7677                 rmv_page_order(page);
7678                 zone->free_area[order].nr_free--;
7679                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7680                         SetPageReserved((page+i));
7681                 pfn += (1 << order);
7682         }
7683         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7684 }
7685 #endif
7686
7687 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7688 {
7689         struct zone *zone = page_zone(page);
7690         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7691         unsigned long flags;
7692         unsigned int order;
7693
7694         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7695         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7696                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7697
7698                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7699                         break;
7700         }
7701         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7702
7703         return order < MAX_ORDER;
7704 }