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