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