mm, compaction: avoid isolating pinned pages
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.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/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_cgroup.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/ftrace_event.h>
57 #include <linux/memcontrol.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page-debug-flags.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64
65 #include <asm/sections.h>
66 #include <asm/tlbflush.h>
67 #include <asm/div64.h>
68 #include "internal.h"
69
70 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
71 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
72 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
73
74 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
75 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
76 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
77 #endif
78
79 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
80 /*
81  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
82  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
83  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
84  * defined in <linux/topology.h>.
85  */
86 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
88 #endif
89
90 /*
91  * Array of node states.
92  */
93 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
94         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
95         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
96 #ifndef CONFIG_NUMA
97         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
99         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #endif
101 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
102         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif  /* NUMA */
106 };
107 EXPORT_SYMBOL(node_states);
108
109 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
110 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
111
112 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
113 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
114 /*
115  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
116  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
117  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
118  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
119  */
120 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
121
122 int percpu_pagelist_fraction;
123 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
124
125 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
126 /*
127  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
128  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
129  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
130  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
131  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
132  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
133  */
134
135 static gfp_t saved_gfp_mask;
136
137 void pm_restore_gfp_mask(void)
138 {
139         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
140         if (saved_gfp_mask) {
141                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
142                 saved_gfp_mask = 0;
143         }
144 }
145
146 void pm_restrict_gfp_mask(void)
147 {
148         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
149         WARN_ON(saved_gfp_mask);
150         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
151         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
152 }
153
154 bool pm_suspended_storage(void)
155 {
156         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
157                 return false;
158         return true;
159 }
160 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
161
162 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
163 int pageblock_order __read_mostly;
164 #endif
165
166 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
167
168 /*
169  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
170  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
171  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
172  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
173  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
174  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
175  *
176  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
177  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
178  */
179 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
180 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
181          256,
182 #endif
183 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
184          256,
185 #endif
186 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
187          32,
188 #endif
189          32,
190 };
191
192 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
193
194 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          "DMA",
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          "DMA32",
200 #endif
201          "Normal",
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203          "HighMem",
204 #endif
205          "Movable",
206 };
207
208 int min_free_kbytes = 1024;
209 int user_min_free_kbytes = -1;
210
211 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
212 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
213 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
214
215 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
216 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
217 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
218 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
219 static unsigned long __initdata required_movablecore;
220 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
221
222 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
223 int movable_zone;
224 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
225 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
226
227 #if MAX_NUMNODES > 1
228 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
229 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
230 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
231 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
232 #endif
233
234 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
235
236 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
237 {
238         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
239                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
240                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
241
242         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
243                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
244 }
245
246 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
247
248 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
249 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
250 {
251         int ret = 0;
252         unsigned seq;
253         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
254         unsigned long sp, start_pfn;
255
256         do {
257                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
258                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
259                 sp = zone->spanned_pages;
260                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
261                         ret = 1;
262         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
263
264         if (ret)
265                 pr_err("page %lu outside zone [ %lu - %lu ]\n",
266                         pfn, start_pfn, start_pfn + sp);
267
268         return ret;
269 }
270
271 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
272 {
273         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
274                 return 0;
275         if (zone != page_zone(page))
276                 return 0;
277
278         return 1;
279 }
280 /*
281  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
282  */
283 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
284 {
285         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
286                 return 1;
287         if (!page_is_consistent(zone, page))
288                 return 1;
289
290         return 0;
291 }
292 #else
293 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
294 {
295         return 0;
296 }
297 #endif
298
299 static void bad_page(struct page *page, char *reason, unsigned long bad_flags)
300 {
301         static unsigned long resume;
302         static unsigned long nr_shown;
303         static unsigned long nr_unshown;
304
305         /* Don't complain about poisoned pages */
306         if (PageHWPoison(page)) {
307                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
308                 return;
309         }
310
311         /*
312          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
313          * or allow a steady drip of one report per second.
314          */
315         if (nr_shown == 60) {
316                 if (time_before(jiffies, resume)) {
317                         nr_unshown++;
318                         goto out;
319                 }
320                 if (nr_unshown) {
321                         printk(KERN_ALERT
322                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
323                                 nr_unshown);
324                         nr_unshown = 0;
325                 }
326                 nr_shown = 0;
327         }
328         if (nr_shown++ == 0)
329                 resume = jiffies + 60 * HZ;
330
331         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
332                 current->comm, page_to_pfn(page));
333         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
334
335         print_modules();
336         dump_stack();
337 out:
338         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
339         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
340         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
341 }
342
343 /*
344  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
345  *
346  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
347  *
348  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
349  *
350  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
351  * pointing at the head page.
352  *
353  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
354  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
355  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
356  */
357
358 static void free_compound_page(struct page *page)
359 {
360         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
361 }
362
363 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
364 {
365         int i;
366         int nr_pages = 1 << order;
367
368         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
369         set_compound_order(page, order);
370         __SetPageHead(page);
371         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
372                 struct page *p = page + i;
373                 set_page_count(p, 0);
374                 p->first_page = page;
375                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
376                 smp_wmb();
377                 __SetPageTail(p);
378         }
379 }
380
381 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
382 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
383 {
384         int i;
385         int nr_pages = 1 << order;
386         int bad = 0;
387
388         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
389                 bad_page(page, "wrong compound order", 0);
390                 bad++;
391         }
392
393         __ClearPageHead(page);
394
395         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
396                 struct page *p = page + i;
397
398                 if (unlikely(!PageTail(p))) {
399                         bad_page(page, "PageTail not set", 0);
400                         bad++;
401                 } else if (unlikely(p->first_page != page)) {
402                         bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
403                         bad++;
404                 }
405                 __ClearPageTail(p);
406         }
407
408         return bad;
409 }
410
411 static inline void prep_zero_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
412 {
413         int i;
414
415         /*
416          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
417          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
418          */
419         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
420         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
421                 clear_highpage(page + i);
422 }
423
424 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
425 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
426
427 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
428 {
429         unsigned long res;
430
431         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
432                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
433                 return 0;
434         }
435         _debug_guardpage_minorder = res;
436         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
437         return 0;
438 }
439 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
440
441 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
442 {
443         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
444 }
445
446 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
447 {
448         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
449 }
450 #else
451 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
452 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
453 #endif
454
455 static inline void set_page_order(struct page *page, int order)
456 {
457         set_page_private(page, order);
458         __SetPageBuddy(page);
459 }
460
461 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
462 {
463         __ClearPageBuddy(page);
464         set_page_private(page, 0);
465 }
466
467 /*
468  * Locate the struct page for both the matching buddy in our
469  * pair (buddy1) and the combined O(n+1) page they form (page).
470  *
471  * 1) Any buddy B1 will have an order O twin B2 which satisfies
472  * the following equation:
473  *     B2 = B1 ^ (1 << O)
474  * For example, if the starting buddy (buddy2) is #8 its order
475  * 1 buddy is #10:
476  *     B2 = 8 ^ (1 << 1) = 8 ^ 2 = 10
477  *
478  * 2) Any buddy B will have an order O+1 parent P which
479  * satisfies the following equation:
480  *     P = B & ~(1 << O)
481  *
482  * Assumption: *_mem_map is contiguous at least up to MAX_ORDER
483  */
484 static inline unsigned long
485 __find_buddy_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
486 {
487         return page_idx ^ (1 << order);
488 }
489
490 /*
491  * This function checks whether a page is free && is the buddy
492  * we can do coalesce a page and its buddy if
493  * (a) the buddy is not in a hole &&
494  * (b) the buddy is in the buddy system &&
495  * (c) a page and its buddy have the same order &&
496  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
497  *
498  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
499  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
500  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
501  * serialized by zone->lock.
502  *
503  * For recording page's order, we use page_private(page).
504  */
505 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
506                                                                 int order)
507 {
508         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
509                 return 0;
510
511         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
512                 return 0;
513
514         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
515                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
516                 return 1;
517         }
518
519         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
520                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
521                 return 1;
522         }
523         return 0;
524 }
525
526 /*
527  * Freeing function for a buddy system allocator.
528  *
529  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
530  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
531  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
532  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
533  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
534  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
535  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
536  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
537  * parts of the VM system.
538  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
539  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
540  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
541  * field.
542  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
543  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
544  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
545  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
546  * triggers coalescing into a block of larger size.
547  *
548  * -- nyc
549  */
550
551 static inline void __free_one_page(struct page *page,
552                 struct zone *zone, unsigned int order,
553                 int migratetype)
554 {
555         unsigned long page_idx;
556         unsigned long combined_idx;
557         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
558         struct page *buddy;
559
560         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
561
562         if (unlikely(PageCompound(page)))
563                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
564                         return;
565
566         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
567
568         page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
569
570         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
571         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
572
573         while (order < MAX_ORDER-1) {
574                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
575                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
576                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
577                         break;
578                 /*
579                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
580                  * merge with it and move up one order.
581                  */
582                 if (page_is_guard(buddy)) {
583                         clear_page_guard_flag(buddy);
584                         set_page_private(page, 0);
585                         __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
586                                                   migratetype);
587                 } else {
588                         list_del(&buddy->lru);
589                         zone->free_area[order].nr_free--;
590                         rmv_page_order(buddy);
591                 }
592                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
593                 page = page + (combined_idx - page_idx);
594                 page_idx = combined_idx;
595                 order++;
596         }
597         set_page_order(page, order);
598
599         /*
600          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
601          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
602          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
603          * that is happening, add the free page to the tail of the list
604          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
605          * as a higher order page
606          */
607         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
608                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
609                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
610                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
611                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
612                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
613                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
614                         list_add_tail(&page->lru,
615                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
616                         goto out;
617                 }
618         }
619
620         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
621 out:
622         zone->free_area[order].nr_free++;
623 }
624
625 static inline int free_pages_check(struct page *page)
626 {
627         char *bad_reason = NULL;
628         unsigned long bad_flags = 0;
629
630         if (unlikely(page_mapcount(page)))
631                 bad_reason = "nonzero mapcount";
632         if (unlikely(page->mapping != NULL))
633                 bad_reason = "non-NULL mapping";
634         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
635                 bad_reason = "nonzero _count";
636         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
637                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
638                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
639         }
640         if (unlikely(mem_cgroup_bad_page_check(page)))
641                 bad_reason = "cgroup check failed";
642         if (unlikely(bad_reason)) {
643                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
644                 return 1;
645         }
646         page_cpupid_reset_last(page);
647         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
648                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
649         return 0;
650 }
651
652 /*
653  * Frees a number of pages from the PCP lists
654  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
655  * count is the number of pages to free.
656  *
657  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
658  * see if this freeing clears that state.
659  *
660  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
661  * pinned" detection logic.
662  */
663 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
664                                         struct per_cpu_pages *pcp)
665 {
666         int migratetype = 0;
667         int batch_free = 0;
668         int to_free = count;
669
670         spin_lock(&zone->lock);
671         zone->pages_scanned = 0;
672
673         while (to_free) {
674                 struct page *page;
675                 struct list_head *list;
676
677                 /*
678                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
679                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
680                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
681                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
682                  * lists
683                  */
684                 do {
685                         batch_free++;
686                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
687                                 migratetype = 0;
688                         list = &pcp->lists[migratetype];
689                 } while (list_empty(list));
690
691                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
692                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
693                         batch_free = to_free;
694
695                 do {
696                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
697
698                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
699                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
700                         list_del(&page->lru);
701                         mt = get_freepage_migratetype(page);
702                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
703                         __free_one_page(page, zone, 0, mt);
704                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
705                         if (likely(!is_migrate_isolate_page(page))) {
706                                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1);
707                                 if (is_migrate_cma(mt))
708                                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, 1);
709                         }
710                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
711         }
712         spin_unlock(&zone->lock);
713 }
714
715 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,
716                                 int migratetype)
717 {
718         spin_lock(&zone->lock);
719         zone->pages_scanned = 0;
720
721         __free_one_page(page, zone, order, migratetype);
722         if (unlikely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
723                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
724         spin_unlock(&zone->lock);
725 }
726
727 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
728 {
729         int i;
730         int bad = 0;
731
732         trace_mm_page_free(page, order);
733         kmemcheck_free_shadow(page, order);
734
735         if (PageAnon(page))
736                 page->mapping = NULL;
737         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
738                 bad += free_pages_check(page + i);
739         if (bad)
740                 return false;
741
742         if (!PageHighMem(page)) {
743                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
744                                            PAGE_SIZE << order);
745                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
746                                            PAGE_SIZE << order);
747         }
748         arch_free_page(page, order);
749         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
750
751         return true;
752 }
753
754 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
755 {
756         unsigned long flags;
757         int migratetype;
758
759         if (!free_pages_prepare(page, order))
760                 return;
761
762         local_irq_save(flags);
763         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
764         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
765         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
766         free_one_page(page_zone(page), page, order, migratetype);
767         local_irq_restore(flags);
768 }
769
770 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
771 {
772         unsigned int nr_pages = 1 << order;
773         struct page *p = page;
774         unsigned int loop;
775
776         prefetchw(p);
777         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
778                 prefetchw(p + 1);
779                 __ClearPageReserved(p);
780                 set_page_count(p, 0);
781         }
782         __ClearPageReserved(p);
783         set_page_count(p, 0);
784
785         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
786         set_page_refcounted(page);
787         __free_pages(page, order);
788 }
789
790 #ifdef CONFIG_CMA
791 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
792 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
793 {
794         unsigned i = pageblock_nr_pages;
795         struct page *p = page;
796
797         do {
798                 __ClearPageReserved(p);
799                 set_page_count(p, 0);
800         } while (++p, --i);
801
802         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
803
804         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
805                 i = pageblock_nr_pages;
806                 p = page;
807                 do {
808                         set_page_refcounted(p);
809                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
810                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
811                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
812         } else {
813                 set_page_refcounted(page);
814                 __free_pages(page, pageblock_order);
815         }
816
817         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
818 }
819 #endif
820
821 /*
822  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
823  * Please do not alter this order without good reasons and regression
824  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
825  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
826  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
827  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
828  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
829  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
830  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
831  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
832  *
833  * -- nyc
834  */
835 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
836         int low, int high, struct free_area *area,
837         int migratetype)
838 {
839         unsigned long size = 1 << high;
840
841         while (high > low) {
842                 area--;
843                 high--;
844                 size >>= 1;
845                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
846
847 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
848                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
849                         /*
850                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
851                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
852                          * Corresponding page table entries will not be touched,
853                          * pages will stay not present in virtual address space
854                          */
855                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
856                         set_page_guard_flag(&page[size]);
857                         set_page_private(&page[size], high);
858                         /* Guard pages are not available for any usage */
859                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
860                                                   migratetype);
861                         continue;
862                 }
863 #endif
864                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
865                 area->nr_free++;
866                 set_page_order(&page[size], high);
867         }
868 }
869
870 /*
871  * This page is about to be returned from the page allocator
872  */
873 static inline int check_new_page(struct page *page)
874 {
875         char *bad_reason = NULL;
876         unsigned long bad_flags = 0;
877
878         if (unlikely(page_mapcount(page)))
879                 bad_reason = "nonzero mapcount";
880         if (unlikely(page->mapping != NULL))
881                 bad_reason = "non-NULL mapping";
882         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
883                 bad_reason = "nonzero _count";
884         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
885                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
886                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
887         }
888         if (unlikely(mem_cgroup_bad_page_check(page)))
889                 bad_reason = "cgroup check failed";
890         if (unlikely(bad_reason)) {
891                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
892                 return 1;
893         }
894         return 0;
895 }
896
897 static int prep_new_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
898 {
899         int i;
900
901         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
902                 struct page *p = page + i;
903                 if (unlikely(check_new_page(p)))
904                         return 1;
905         }
906
907         set_page_private(page, 0);
908         set_page_refcounted(page);
909
910         arch_alloc_page(page, order);
911         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
912
913         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
914                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
915
916         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
917                 prep_compound_page(page, order);
918
919         return 0;
920 }
921
922 /*
923  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
924  * the smallest available page from the freelists
925  */
926 static inline
927 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
928                                                 int migratetype)
929 {
930         unsigned int current_order;
931         struct free_area *area;
932         struct page *page;
933
934         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
935         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
936                 area = &(zone->free_area[current_order]);
937                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
938                         continue;
939
940                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
941                                                         struct page, lru);
942                 list_del(&page->lru);
943                 rmv_page_order(page);
944                 area->nr_free--;
945                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
946                 return page;
947         }
948
949         return NULL;
950 }
951
952
953 /*
954  * This array describes the order lists are fallen back to when
955  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
956  */
957 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
958         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
959         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
960 #ifdef CONFIG_CMA
961         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
962         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
963 #else
964         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
965 #endif
966         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
967 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
968         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
969 #endif
970 };
971
972 /*
973  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
974  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
975  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
976  */
977 int move_freepages(struct zone *zone,
978                           struct page *start_page, struct page *end_page,
979                           int migratetype)
980 {
981         struct page *page;
982         unsigned long order;
983         int pages_moved = 0;
984
985 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
986         /*
987          * page_zone is not safe to call in this context when
988          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
989          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
990          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
991          * grouping pages by mobility
992          */
993         BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
994 #endif
995
996         for (page = start_page; page <= end_page;) {
997                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
998                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
999
1000                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1001                         page++;
1002                         continue;
1003                 }
1004
1005                 if (!PageBuddy(page)) {
1006                         page++;
1007                         continue;
1008                 }
1009
1010                 order = page_order(page);
1011                 list_move(&page->lru,
1012                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1013                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1014                 page += 1 << order;
1015                 pages_moved += 1 << order;
1016         }
1017
1018         return pages_moved;
1019 }
1020
1021 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1022                                 int migratetype)
1023 {
1024         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1025         struct page *start_page, *end_page;
1026
1027         start_pfn = page_to_pfn(page);
1028         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1029         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1030         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1031         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1032
1033         /* Do not cross zone boundaries */
1034         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1035                 start_page = page;
1036         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1037                 return 0;
1038
1039         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1040 }
1041
1042 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1043                                         int start_order, int migratetype)
1044 {
1045         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1046
1047         while (nr_pageblocks--) {
1048                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1049                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1050         }
1051 }
1052
1053 /*
1054  * If breaking a large block of pages, move all free pages to the preferred
1055  * allocation list. If falling back for a reclaimable kernel allocation, be
1056  * more aggressive about taking ownership of free pages.
1057  *
1058  * On the other hand, never change migration type of MIGRATE_CMA pageblocks
1059  * nor move CMA pages to different free lists. We don't want unmovable pages
1060  * to be allocated from MIGRATE_CMA areas.
1061  *
1062  * Returns the new migratetype of the pageblock (or the same old migratetype
1063  * if it was unchanged).
1064  */
1065 static int try_to_steal_freepages(struct zone *zone, struct page *page,
1066                                   int start_type, int fallback_type)
1067 {
1068         int current_order = page_order(page);
1069
1070         /*
1071          * When borrowing from MIGRATE_CMA, we need to release the excess
1072          * buddy pages to CMA itself.
1073          */
1074         if (is_migrate_cma(fallback_type))
1075                 return fallback_type;
1076
1077         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1078         if (current_order >= pageblock_order) {
1079                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1080                 return start_type;
1081         }
1082
1083         if (current_order >= pageblock_order / 2 ||
1084             start_type == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1085             page_group_by_mobility_disabled) {
1086                 int pages;
1087
1088                 pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1089
1090                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1091                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1092                                 page_group_by_mobility_disabled) {
1093
1094                         set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1095                         return start_type;
1096                 }
1097
1098         }
1099
1100         return fallback_type;
1101 }
1102
1103 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1104 static inline struct page *
1105 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
1106 {
1107         struct free_area *area;
1108         int current_order;
1109         struct page *page;
1110         int migratetype, new_type, i;
1111
1112         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1113         for (current_order = MAX_ORDER-1; current_order >= order;
1114                                                 --current_order) {
1115                 for (i = 0;; i++) {
1116                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1117
1118                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1119                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1120                                 break;
1121
1122                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1123                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1124                                 continue;
1125
1126                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1127                                         struct page, lru);
1128                         area->nr_free--;
1129
1130                         new_type = try_to_steal_freepages(zone, page,
1131                                                           start_migratetype,
1132                                                           migratetype);
1133
1134                         /* Remove the page from the freelists */
1135                         list_del(&page->lru);
1136                         rmv_page_order(page);
1137
1138                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1139                                new_type);
1140
1141                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1142                                 start_migratetype, migratetype, new_type);
1143
1144                         return page;
1145                 }
1146         }
1147
1148         return NULL;
1149 }
1150
1151 /*
1152  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1153  * Call me with the zone->lock already held.
1154  */
1155 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1156                                                 int migratetype)
1157 {
1158         struct page *page;
1159
1160 retry_reserve:
1161         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1162
1163         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1164                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1165
1166                 /*
1167                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1168                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1169                  * and we want just one call site
1170                  */
1171                 if (!page) {
1172                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1173                         goto retry_reserve;
1174                 }
1175         }
1176
1177         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1178         return page;
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1183  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1184  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1185  */
1186 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1187                         unsigned long count, struct list_head *list,
1188                         int migratetype, int cold)
1189 {
1190         int mt = migratetype, i;
1191
1192         spin_lock(&zone->lock);
1193         for (i = 0; i < count; ++i) {
1194                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1195                 if (unlikely(page == NULL))
1196                         break;
1197
1198                 /*
1199                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1200                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1201                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1202                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1203                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1204                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1205                  * properly.
1206                  */
1207                 if (likely(cold == 0))
1208                         list_add(&page->lru, list);
1209                 else
1210                         list_add_tail(&page->lru, list);
1211                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
1212                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1213                         if (!is_migrate_cma(mt) && !is_migrate_isolate(mt))
1214                                 mt = migratetype;
1215                 }
1216                 set_freepage_migratetype(page, mt);
1217                 list = &page->lru;
1218                 if (is_migrate_cma(mt))
1219                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1220                                               -(1 << order));
1221         }
1222         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1223         spin_unlock(&zone->lock);
1224         return i;
1225 }
1226
1227 #ifdef CONFIG_NUMA
1228 /*
1229  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1230  * currently executing processor on remote nodes after they have
1231  * expired.
1232  *
1233  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1234  * a single processor.
1235  */
1236 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1237 {
1238         unsigned long flags;
1239         int to_drain;
1240         unsigned long batch;
1241
1242         local_irq_save(flags);
1243         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1244         if (pcp->count >= batch)
1245                 to_drain = batch;
1246         else
1247                 to_drain = pcp->count;
1248         if (to_drain > 0) {
1249                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1250                 pcp->count -= to_drain;
1251         }
1252         local_irq_restore(flags);
1253 }
1254 #endif
1255
1256 /*
1257  * Drain pages of the indicated processor.
1258  *
1259  * The processor must either be the current processor and the
1260  * thread pinned to the current processor or a processor that
1261  * is not online.
1262  */
1263 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1264 {
1265         unsigned long flags;
1266         struct zone *zone;
1267
1268         for_each_populated_zone(zone) {
1269                 struct per_cpu_pageset *pset;
1270                 struct per_cpu_pages *pcp;
1271
1272                 local_irq_save(flags);
1273                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1274
1275                 pcp = &pset->pcp;
1276                 if (pcp->count) {
1277                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1278                         pcp->count = 0;
1279                 }
1280                 local_irq_restore(flags);
1281         }
1282 }
1283
1284 /*
1285  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1286  */
1287 void drain_local_pages(void *arg)
1288 {
1289         drain_pages(smp_processor_id());
1290 }
1291
1292 /*
1293  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1294  *
1295  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1296  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1297  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1298  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1299  * before the call to on_each_cpu_mask().
1300  */
1301 void drain_all_pages(void)
1302 {
1303         int cpu;
1304         struct per_cpu_pageset *pcp;
1305         struct zone *zone;
1306
1307         /*
1308          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1309          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1310          */
1311         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1312
1313         /*
1314          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1315          * as offline notification will cause the notified
1316          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1317          * disables preemption as part of its processing
1318          */
1319         for_each_online_cpu(cpu) {
1320                 bool has_pcps = false;
1321                 for_each_populated_zone(zone) {
1322                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1323                         if (pcp->pcp.count) {
1324                                 has_pcps = true;
1325                                 break;
1326                         }
1327                 }
1328                 if (has_pcps)
1329                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1330                 else
1331                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1332         }
1333         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, drain_local_pages, NULL, 1);
1334 }
1335
1336 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1337
1338 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1339 {
1340         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1341         unsigned long flags;
1342         int order, t;
1343         struct list_head *curr;
1344
1345         if (zone_is_empty(zone))
1346                 return;
1347
1348         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1349
1350         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1351         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1352                 if (pfn_valid(pfn)) {
1353                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1354
1355                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1356                                 swsusp_unset_page_free(page);
1357                 }
1358
1359         for_each_migratetype_order(order, t) {
1360                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1361                         unsigned long i;
1362
1363                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1364                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1365                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1366                 }
1367         }
1368         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1369 }
1370 #endif /* CONFIG_PM */
1371
1372 /*
1373  * Free a 0-order page
1374  * cold == 1 ? free a cold page : free a hot page
1375  */
1376 void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
1377 {
1378         struct zone *zone = page_zone(page);
1379         struct per_cpu_pages *pcp;
1380         unsigned long flags;
1381         int migratetype;
1382
1383         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1384                 return;
1385
1386         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
1387         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1388         local_irq_save(flags);
1389         __count_vm_event(PGFREE);
1390
1391         /*
1392          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1393          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1394          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1395          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1396          * excessively into the page allocator
1397          */
1398         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1399                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1400                         free_one_page(zone, page, 0, migratetype);
1401                         goto out;
1402                 }
1403                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1404         }
1405
1406         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1407         if (cold)
1408                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1409         else
1410                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1411         pcp->count++;
1412         if (pcp->count >= pcp->high) {
1413                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1414                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1415                 pcp->count -= batch;
1416         }
1417
1418 out:
1419         local_irq_restore(flags);
1420 }
1421
1422 /*
1423  * Free a list of 0-order pages
1424  */
1425 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, int cold)
1426 {
1427         struct page *page, *next;
1428
1429         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1430                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1431                 free_hot_cold_page(page, cold);
1432         }
1433 }
1434
1435 /*
1436  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1437  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1438  * Each sub-page must be freed individually.
1439  *
1440  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1441  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1442  */
1443 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1444 {
1445         int i;
1446
1447         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1448         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1449
1450 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1451         /*
1452          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1453          * otherwise free the whole shadow.
1454          */
1455         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1456                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1457 #endif
1458
1459         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1460                 set_page_refcounted(page + i);
1461 }
1462 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1463
1464 static int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1465 {
1466         unsigned long watermark;
1467         struct zone *zone;
1468         int mt;
1469
1470         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1471
1472         zone = page_zone(page);
1473         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1474
1475         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1476                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1477                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1478                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1479                         return 0;
1480
1481                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1482         }
1483
1484         /* Remove page from free list */
1485         list_del(&page->lru);
1486         zone->free_area[order].nr_free--;
1487         rmv_page_order(page);
1488
1489         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1490         if (order >= pageblock_order - 1) {
1491                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1492                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1493                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1494                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1495                                 set_pageblock_migratetype(page,
1496                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1497                 }
1498         }
1499
1500         return 1UL << order;
1501 }
1502
1503 /*
1504  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1505  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1506  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1507  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1508  * are enabled.
1509  *
1510  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1511  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1512  */
1513 int split_free_page(struct page *page)
1514 {
1515         unsigned int order;
1516         int nr_pages;
1517
1518         order = page_order(page);
1519
1520         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1521         if (!nr_pages)
1522                 return 0;
1523
1524         /* Split into individual pages */
1525         set_page_refcounted(page);
1526         split_page(page, order);
1527         return nr_pages;
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1532  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1533  * or two.
1534  */
1535 static inline
1536 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1537                         struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
1538                         int migratetype)
1539 {
1540         unsigned long flags;
1541         struct page *page;
1542         int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);
1543
1544 again:
1545         if (likely(order == 0)) {
1546                 struct per_cpu_pages *pcp;
1547                 struct list_head *list;
1548
1549                 local_irq_save(flags);
1550                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1551                 list = &pcp->lists[migratetype];
1552                 if (list_empty(list)) {
1553                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1554                                         pcp->batch, list,
1555                                         migratetype, cold);
1556                         if (unlikely(list_empty(list)))
1557                                 goto failed;
1558                 }
1559
1560                 if (cold)
1561                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1562                 else
1563                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1564
1565                 list_del(&page->lru);
1566                 pcp->count--;
1567         } else {
1568                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1569                         /*
1570                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1571                          *
1572                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1573                          * properly detect and handle allocation failures.
1574                          *
1575                          * We most definitely don't want callers attempting to
1576                          * allocate greater than order-1 page units with
1577                          * __GFP_NOFAIL.
1578                          */
1579                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1580                 }
1581                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1582                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1583                 spin_unlock(&zone->lock);
1584                 if (!page)
1585                         goto failed;
1586                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1587                                           get_pageblock_migratetype(page));
1588         }
1589
1590         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1591
1592         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1593         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1594         local_irq_restore(flags);
1595
1596         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1597         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1598                 goto again;
1599         return page;
1600
1601 failed:
1602         local_irq_restore(flags);
1603         return NULL;
1604 }
1605
1606 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1607
1608 static struct {
1609         struct fault_attr attr;
1610
1611         u32 ignore_gfp_highmem;
1612         u32 ignore_gfp_wait;
1613         u32 min_order;
1614 } fail_page_alloc = {
1615         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1616         .ignore_gfp_wait = 1,
1617         .ignore_gfp_highmem = 1,
1618         .min_order = 1,
1619 };
1620
1621 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1622 {
1623         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1624 }
1625 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1626
1627 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1628 {
1629         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1630                 return false;
1631         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1632                 return false;
1633         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1634                 return false;
1635         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1636                 return false;
1637
1638         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1639 }
1640
1641 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1642
1643 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1644 {
1645         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1646         struct dentry *dir;
1647
1648         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1649                                         &fail_page_alloc.attr);
1650         if (IS_ERR(dir))
1651                 return PTR_ERR(dir);
1652
1653         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1654                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1655                 goto fail;
1656         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1657                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1658                 goto fail;
1659         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1660                                 &fail_page_alloc.min_order))
1661                 goto fail;
1662
1663         return 0;
1664 fail:
1665         debugfs_remove_recursive(dir);
1666
1667         return -ENOMEM;
1668 }
1669
1670 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1671
1672 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1673
1674 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1675
1676 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1677 {
1678         return false;
1679 }
1680
1681 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1682
1683 /*
1684  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1685  * of the allocation.
1686  */
1687 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1688                       int classzone_idx, int alloc_flags, long free_pages)
1689 {
1690         /* free_pages my go negative - that's OK */
1691         long min = mark;
1692         long lowmem_reserve = z->lowmem_reserve[classzone_idx];
1693         int o;
1694         long free_cma = 0;
1695
1696         free_pages -= (1 << order) - 1;
1697         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1698                 min -= min / 2;
1699         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1700                 min -= min / 4;
1701 #ifdef CONFIG_CMA
1702         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1703         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1704                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1705 #endif
1706
1707         if (free_pages - free_cma <= min + lowmem_reserve)
1708                 return false;
1709         for (o = 0; o < order; o++) {
1710                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1711                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1712
1713                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1714                 min >>= 1;
1715
1716                 if (free_pages <= min)
1717                         return false;
1718         }
1719         return true;
1720 }
1721
1722 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1723                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1724 {
1725         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1726                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1727 }
1728
1729 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1730                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1731 {
1732         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1733
1734         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1735                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1736
1737         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1738                                                                 free_pages);
1739 }
1740
1741 #ifdef CONFIG_NUMA
1742 /*
1743  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1744  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1745  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1746  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1747  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1748  *
1749  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1750  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1751  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1752  *
1753  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1754  * nothing and returns NULL.
1755  *
1756  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1757  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1758  *
1759  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1760  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1761  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1762  * quickly as we can.
1763  */
1764 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1765 {
1766         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1767         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1768
1769         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1770         if (!zlc)
1771                 return NULL;
1772
1773         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1774                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1775                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1776         }
1777
1778         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1779                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1780                                         &node_states[N_MEMORY];
1781         return allowednodes;
1782 }
1783
1784 /*
1785  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1786  * if it is worth looking at further for free memory:
1787  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1788  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1789  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1790  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1791  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1792  * else return false (zero) if it is not.
1793  *
1794  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1795  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1796  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1797  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1798  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1799  * into the second scan of the zonelist.
1800  *
1801  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1802  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1803  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1804  * unturned looking for a free page.
1805  */
1806 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1807                                                 nodemask_t *allowednodes)
1808 {
1809         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1810         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1811         int n;                          /* node that zone *z is on */
1812
1813         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1814         if (!zlc)
1815                 return 1;
1816
1817         i = z - zonelist->_zonerefs;
1818         n = zlc->z_to_n[i];
1819
1820         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1821         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1822 }
1823
1824 /*
1825  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1826  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1827  * from that zone don't waste time re-examining it.
1828  */
1829 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1830 {
1831         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1832         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1833
1834         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1835         if (!zlc)
1836                 return;
1837
1838         i = z - zonelist->_zonerefs;
1839
1840         set_bit(i, zlc->fullzones);
1841 }
1842
1843 /*
1844  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1845  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1846  */
1847 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1848 {
1849         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1850
1851         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1852         if (!zlc)
1853                 return;
1854
1855         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1856 }
1857
1858 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1859 {
1860         return local_zone->node == zone->node;
1861 }
1862
1863 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1864 {
1865         return node_isset(local_zone->node, zone->zone_pgdat->reclaim_nodes);
1866 }
1867
1868 static void __paginginit init_zone_allows_reclaim(int nid)
1869 {
1870         int i;
1871
1872         for_each_node_state(i, N_MEMORY)
1873                 if (node_distance(nid, i) <= RECLAIM_DISTANCE)
1874                         node_set(i, NODE_DATA(nid)->reclaim_nodes);
1875                 else
1876                         zone_reclaim_mode = 1;
1877 }
1878
1879 #else   /* CONFIG_NUMA */
1880
1881 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1882 {
1883         return NULL;
1884 }
1885
1886 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1887                                 nodemask_t *allowednodes)
1888 {
1889         return 1;
1890 }
1891
1892 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1893 {
1894 }
1895
1896 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1897 {
1898 }
1899
1900 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1901 {
1902         return true;
1903 }
1904
1905 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1906 {
1907         return true;
1908 }
1909
1910 static inline void init_zone_allows_reclaim(int nid)
1911 {
1912 }
1913 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1914
1915 /*
1916  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1917  * a page.
1918  */
1919 static struct page *
1920 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1921                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1922                 struct zone *preferred_zone, int migratetype)
1923 {
1924         struct zoneref *z;
1925         struct page *page = NULL;
1926         int classzone_idx;
1927         struct zone *zone;
1928         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1929         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1930         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1931
1932         classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);
1933 zonelist_scan:
1934         /*
1935          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1936          * See also __cpuset_node_allowed_softwall() comment in kernel/cpuset.c.
1937          */
1938         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1939                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1940                 unsigned long mark;
1941
1942                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1943                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1944                                 continue;
1945                 if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1946                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1947                                 continue;
1948                 BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
1949                 if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS))
1950                         goto try_this_zone;
1951                 /*
1952                  * Distribute pages in proportion to the individual
1953                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
1954                  * page was allocated in should have no effect on the
1955                  * time the page has in memory before being reclaimed.
1956                  */
1957                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
1958                         if (!zone_local(preferred_zone, zone))
1959                                 continue;
1960                         if (zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH) <= 0)
1961                                 continue;
1962                 }
1963                 /*
1964                  * When allocating a page cache page for writing, we
1965                  * want to get it from a zone that is within its dirty
1966                  * limit, such that no single zone holds more than its
1967                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
1968                  * The dirty limits take into account the zone's
1969                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
1970                  * should be able to balance it without having to
1971                  * write pages from its LRU list.
1972                  *
1973                  * This may look like it could increase pressure on
1974                  * lower zones by failing allocations in higher zones
1975                  * before they are full.  But the pages that do spill
1976                  * over are limited as the lower zones are protected
1977                  * by this very same mechanism.  It should not become
1978                  * a practical burden to them.
1979                  *
1980                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
1981                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
1982                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
1983                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
1984                  * zones are together not big enough to reach the
1985                  * global limit.  The proper fix for these situations
1986                  * will require awareness of zones in the
1987                  * dirty-throttling and the flusher threads.
1988                  */
1989                 if ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1990                     (gfp_mask & __GFP_WRITE) && !zone_dirty_ok(zone))
1991                         goto this_zone_full;
1992
1993                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
1994                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1995                                        classzone_idx, alloc_flags)) {
1996                         int ret;
1997
1998                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
1999                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2000                                 /*
2001                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2002                                  * and before considering the first zone allowed
2003                                  * by the cpuset.
2004                                  */
2005                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2006                                 zlc_active = 1;
2007                                 did_zlc_setup = 1;
2008                         }
2009
2010                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2011                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
2012                                 goto this_zone_full;
2013
2014                         /*
2015                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2016                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2017                          */
2018                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2019                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2020                                 continue;
2021
2022                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2023                         switch (ret) {
2024                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2025                                 /* did not scan */
2026                                 continue;
2027                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2028                                 /* scanned but unreclaimable */
2029                                 continue;
2030                         default:
2031                                 /* did we reclaim enough */
2032                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2033                                                 classzone_idx, alloc_flags))
2034                                         goto try_this_zone;
2035
2036                                 /*
2037                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2038                                  * Only mark the zone full if checking the min
2039                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2040                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2041                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2042                                  * when the watermark is between the low and
2043                                  * min watermarks.
2044                                  */
2045                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2046                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2047                                         goto this_zone_full;
2048
2049                                 continue;
2050                         }
2051                 }
2052
2053 try_this_zone:
2054                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
2055                                                 gfp_mask, migratetype);
2056                 if (page)
2057                         break;
2058 this_zone_full:
2059                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2060                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2061         }
2062
2063         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && page == NULL && zlc_active)) {
2064                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2065                 zlc_active = 0;
2066                 goto zonelist_scan;
2067         }
2068
2069         if (page)
2070                 /*
2071                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
2072                  * necessary to allocate the page. The expectation is
2073                  * that the caller is taking steps that will free more
2074                  * memory. The caller should avoid the page being used
2075                  * for !PFMEMALLOC purposes.
2076                  */
2077                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2078
2079         return page;
2080 }
2081
2082 /*
2083  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2084  * meminfo in irq context.
2085  */
2086 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2087 {
2088         bool ret = false;
2089
2090 #if NODES_SHIFT > 8
2091         ret = in_interrupt();
2092 #endif
2093         return ret;
2094 }
2095
2096 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2097                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2098                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2099
2100 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2101 {
2102         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2103
2104         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2105             debug_guardpage_minorder() > 0)
2106                 return;
2107
2108         /*
2109          * This documents exceptions given to allocations in certain
2110          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2111          * of allowed nodes.
2112          */
2113         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2114                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2115                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2116                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2117         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2118                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2119
2120         if (fmt) {
2121                 struct va_format vaf;
2122                 va_list args;
2123
2124                 va_start(args, fmt);
2125
2126                 vaf.fmt = fmt;
2127                 vaf.va = &args;
2128
2129                 pr_warn("%pV", &vaf);
2130
2131                 va_end(args);
2132         }
2133
2134         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2135                 current->comm, order, gfp_mask);
2136
2137         dump_stack();
2138         if (!should_suppress_show_mem())
2139                 show_mem(filter);
2140 }
2141
2142 static inline int
2143 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2144                                 unsigned long did_some_progress,
2145                                 unsigned long pages_reclaimed)
2146 {
2147         /* Do not loop if specifically requested */
2148         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2149                 return 0;
2150
2151         /* Always retry if specifically requested */
2152         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2153                 return 1;
2154
2155         /*
2156          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2157          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2158          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2159          */
2160         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2161                 return 0;
2162
2163         /*
2164          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2165          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2166          * implementations.
2167          */
2168         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2169                 return 1;
2170
2171         /*
2172          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2173          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2174          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2175          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2176          * allocation still fails, we stop retrying.
2177          */
2178         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2179                 return 1;
2180
2181         return 0;
2182 }
2183
2184 static inline struct page *
2185 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2186         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2187         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2188         int migratetype)
2189 {
2190         struct page *page;
2191
2192         /* Acquire the OOM killer lock for the zones in zonelist */
2193         if (!try_set_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask)) {
2194                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2195                 return NULL;
2196         }
2197
2198         /*
2199          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2200          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2201          * we're still under heavy pressure.
2202          */
2203         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2204                 order, zonelist, high_zoneidx,
2205                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2206                 preferred_zone, migratetype);
2207         if (page)
2208                 goto out;
2209
2210         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2211                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2212                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2213                         goto out;
2214                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2215                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2216                         goto out;
2217                 /*
2218                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2219                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2220                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2221                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2222                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2223                  */
2224                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2225                         goto out;
2226         }
2227         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2228         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2229
2230 out:
2231         clear_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask);
2232         return page;
2233 }
2234
2235 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2236 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2237 static struct page *
2238 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2239         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2240         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2241         int migratetype, bool sync_migration,
2242         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2243         unsigned long *did_some_progress)
2244 {
2245         if (!order)
2246                 return NULL;
2247
2248         if (compaction_deferred(preferred_zone, order)) {
2249                 *deferred_compaction = true;
2250                 return NULL;
2251         }
2252
2253         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2254         *did_some_progress = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2255                                                 nodemask, sync_migration,
2256                                                 contended_compaction);
2257         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2258
2259         if (*did_some_progress != COMPACT_SKIPPED) {
2260                 struct page *page;
2261
2262                 /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2263                 drain_pages(get_cpu());
2264                 put_cpu();
2265
2266                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2267                                 order, zonelist, high_zoneidx,
2268                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2269                                 preferred_zone, migratetype);
2270                 if (page) {
2271                         preferred_zone->compact_blockskip_flush = false;
2272                         compaction_defer_reset(preferred_zone, order, true);
2273                         count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2274                         return page;
2275                 }
2276
2277                 /*
2278                  * It's bad if compaction run occurs and fails.
2279                  * The most likely reason is that pages exist,
2280                  * but not enough to satisfy watermarks.
2281                  */
2282                 count_vm_event(COMPACTFAIL);
2283
2284                 /*
2285                  * As async compaction considers a subset of pageblocks, only
2286                  * defer if the failure was a sync compaction failure.
2287                  */
2288                 if (sync_migration)
2289                         defer_compaction(preferred_zone, order);
2290
2291                 cond_resched();
2292         }
2293
2294         return NULL;
2295 }
2296 #else
2297 static inline struct page *
2298 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2299         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2300         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2301         int migratetype, bool sync_migration,
2302         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2303         unsigned long *did_some_progress)
2304 {
2305         return NULL;
2306 }
2307 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2308
2309 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2310 static int
2311 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2312                   nodemask_t *nodemask)
2313 {
2314         struct reclaim_state reclaim_state;
2315         int progress;
2316
2317         cond_resched();
2318
2319         /* We now go into synchronous reclaim */
2320         cpuset_memory_pressure_bump();
2321         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2322         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2323         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2324         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2325
2326         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2327
2328         current->reclaim_state = NULL;
2329         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2330         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2331
2332         cond_resched();
2333
2334         return progress;
2335 }
2336
2337 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2338 static inline struct page *
2339 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2340         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2341         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2342         int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2343 {
2344         struct page *page = NULL;
2345         bool drained = false;
2346
2347         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2348                                                nodemask);
2349         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2350                 return NULL;
2351
2352         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2353         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2354                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2355
2356 retry:
2357         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2358                                         zonelist, high_zoneidx,
2359                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2360                                         preferred_zone, migratetype);
2361
2362         /*
2363          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2364          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2365          */
2366         if (!page && !drained) {
2367                 drain_all_pages();
2368                 drained = true;
2369                 goto retry;
2370         }
2371
2372         return page;
2373 }
2374
2375 /*
2376  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2377  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2378  */
2379 static inline struct page *
2380 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2381         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2382         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2383         int migratetype)
2384 {
2385         struct page *page;
2386
2387         do {
2388                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2389                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2390                         preferred_zone, migratetype);
2391
2392                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2393                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2394         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2395
2396         return page;
2397 }
2398
2399 static void reset_alloc_batches(struct zonelist *zonelist,
2400                                 enum zone_type high_zoneidx,
2401                                 struct zone *preferred_zone)
2402 {
2403         struct zoneref *z;
2404         struct zone *zone;
2405
2406         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx) {
2407                 /*
2408                  * Only reset the batches of zones that were actually
2409                  * considered in the fairness pass, we don't want to
2410                  * trash fairness information for zones that are not
2411                  * actually part of this zonelist's round-robin cycle.
2412                  */
2413                 if (!zone_local(preferred_zone, zone))
2414                         continue;
2415                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2416                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2417                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2418         }
2419 }
2420
2421 static void wake_all_kswapds(unsigned int order,
2422                              struct zonelist *zonelist,
2423                              enum zone_type high_zoneidx,
2424                              struct zone *preferred_zone)
2425 {
2426         struct zoneref *z;
2427         struct zone *zone;
2428
2429         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx)
2430                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(preferred_zone));
2431 }
2432
2433 static inline int
2434 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2435 {
2436         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2437         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2438
2439         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2440         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2441
2442         /*
2443          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2444          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2445          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2446          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2447          */
2448         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2449
2450         if (atomic) {
2451                 /*
2452                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2453                  * if it can't schedule.
2454                  */
2455                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2456                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2457                 /*
2458                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2459                  * comment for __cpuset_node_allowed_softwall().
2460                  */
2461                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2462         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2463                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2464
2465         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2466                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2467                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2468                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2469                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2470                 else if (!in_interrupt() &&
2471                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2472                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2473                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2474         }
2475 #ifdef CONFIG_CMA
2476         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2477                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2478 #endif
2479         return alloc_flags;
2480 }
2481
2482 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2483 {
2484         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2485 }
2486
2487 static inline struct page *
2488 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2489         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2490         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2491         int migratetype)
2492 {
2493         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2494         struct page *page = NULL;
2495         int alloc_flags;
2496         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2497         unsigned long did_some_progress;
2498         bool sync_migration = false;
2499         bool deferred_compaction = false;
2500         bool contended_compaction = false;
2501
2502         /*
2503          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2504          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2505          * be using allocators in order of preference for an area that is
2506          * too large.
2507          */
2508         if (order >= MAX_ORDER) {
2509                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2510                 return NULL;
2511         }
2512
2513         /*
2514          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2515          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2516          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2517          * using a larger set of nodes after it has established that the
2518          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2519          * over allocated.
2520          */
2521         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2522             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2523                 goto nopage;
2524
2525 restart:
2526         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2527                 wake_all_kswapds(order, zonelist, high_zoneidx, preferred_zone);
2528
2529         /*
2530          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2531          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2532          * to how we want to proceed.
2533          */
2534         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2535
2536         /*
2537          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2538          * cpusets.
2539          */
2540         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask)
2541                 first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, NULL,
2542                                         &preferred_zone);
2543
2544 rebalance:
2545         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2546         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2547                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2548                         preferred_zone, migratetype);
2549         if (page)
2550                 goto got_pg;
2551
2552         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2553         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2554                 /*
2555                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2556                  * the allocation is high priority and these type of
2557                  * allocations are system rather than user orientated
2558                  */
2559                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2560
2561                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2562                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2563                                 preferred_zone, migratetype);
2564                 if (page) {
2565                         goto got_pg;
2566                 }
2567         }
2568
2569         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2570         if (!wait) {
2571                 /*
2572                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2573                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2574                  * type of allocation to fail.
2575                  */
2576                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2577                 goto nopage;
2578         }
2579
2580         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2581         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2582                 goto nopage;
2583
2584         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2585         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2586                 goto nopage;
2587
2588         /*
2589          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2590          * attempts after direct reclaim are synchronous
2591          */
2592         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2593                                         zonelist, high_zoneidx,
2594                                         nodemask,
2595                                         alloc_flags, preferred_zone,
2596                                         migratetype, sync_migration,
2597                                         &contended_compaction,
2598                                         &deferred_compaction,
2599                                         &did_some_progress);
2600         if (page)
2601                 goto got_pg;
2602         sync_migration = true;
2603
2604         /*
2605          * If compaction is deferred for high-order allocations, it is because
2606          * sync compaction recently failed. In this is the case and the caller
2607          * requested a movable allocation that does not heavily disrupt the
2608          * system then fail the allocation instead of entering direct reclaim.
2609          */
2610         if ((deferred_compaction || contended_compaction) &&
2611                                                 (gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2612                 goto nopage;
2613
2614         /* Try direct reclaim and then allocating */
2615         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2616                                         zonelist, high_zoneidx,
2617                                         nodemask,
2618                                         alloc_flags, preferred_zone,
2619                                         migratetype, &did_some_progress);
2620         if (page)
2621                 goto got_pg;
2622
2623         /*
2624          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2625          * running out of options and have to consider going OOM
2626          */
2627         if (!did_some_progress) {
2628                 if (oom_gfp_allowed(gfp_mask)) {
2629                         if (oom_killer_disabled)
2630                                 goto nopage;
2631                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2632                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2633                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2634                                 goto nopage;
2635                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2636                                         zonelist, high_zoneidx,
2637                                         nodemask, preferred_zone,
2638                                         migratetype);
2639                         if (page)
2640                                 goto got_pg;
2641
2642                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2643                                 /*
2644                                  * The oom killer is not called for high-order
2645                                  * allocations that may fail, so if no progress
2646                                  * is being made, there are no other options and
2647                                  * retrying is unlikely to help.
2648                                  */
2649                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2650                                         goto nopage;
2651                                 /*
2652                                  * The oom killer is not called for lowmem
2653                                  * allocations to prevent needlessly killing
2654                                  * innocent tasks.
2655                                  */
2656                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2657                                         goto nopage;
2658                         }
2659
2660                         goto restart;
2661                 }
2662         }
2663
2664         /* Check if we should retry the allocation */
2665         pages_reclaimed += did_some_progress;
2666         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2667                                                 pages_reclaimed)) {
2668                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2669                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2670                 goto rebalance;
2671         } else {
2672                 /*
2673                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2674                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2675                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2676                  */
2677                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2678                                         zonelist, high_zoneidx,
2679                                         nodemask,
2680                                         alloc_flags, preferred_zone,
2681                                         migratetype, sync_migration,
2682                                         &contended_compaction,
2683                                         &deferred_compaction,
2684                                         &did_some_progress);
2685                 if (page)
2686                         goto got_pg;
2687         }
2688
2689 nopage:
2690         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2691         return page;
2692 got_pg:
2693         if (kmemcheck_enabled)
2694                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2695
2696         return page;
2697 }
2698
2699 /*
2700  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2701  */
2702 struct page *
2703 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2704                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2705 {
2706         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2707         struct zone *preferred_zone;
2708         struct page *page = NULL;
2709         int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
2710         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2711         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2712         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2713
2714         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2715
2716         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2717
2718         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2719
2720         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2721                 return NULL;
2722
2723         /*
2724          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2725          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2726          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2727          */
2728         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2729                 return NULL;
2730
2731         /*
2732          * Will only have any effect when __GFP_KMEMCG is set.  This is
2733          * verified in the (always inline) callee
2734          */
2735         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2736                 return NULL;
2737
2738 retry_cpuset:
2739         cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2740
2741         /* The preferred zone is used for statistics later */
2742         first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2743                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2744                                 &preferred_zone);
2745         if (!preferred_zone)
2746                 goto out;
2747
2748 #ifdef CONFIG_CMA
2749         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2750                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2751 #endif
2752 retry:
2753         /* First allocation attempt */
2754         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2755                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2756                         preferred_zone, migratetype);
2757         if (unlikely(!page)) {
2758                 /*
2759                  * The first pass makes sure allocations are spread
2760                  * fairly within the local node.  However, the local
2761                  * node might have free pages left after the fairness
2762                  * batches are exhausted, and remote zones haven't
2763                  * even been considered yet.  Try once more without
2764                  * fairness, and include remote zones now, before
2765                  * entering the slowpath and waking kswapd: prefer
2766                  * spilling to a remote zone over swapping locally.
2767                  */
2768                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2769                         reset_alloc_batches(zonelist, high_zoneidx,
2770                                             preferred_zone);
2771                         alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2772                         goto retry;
2773                 }
2774                 /*
2775                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2776                  * can deadlock because I/O on the device might not
2777                  * complete.
2778                  */
2779                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2780                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2781                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2782                                 preferred_zone, migratetype);
2783         }
2784
2785         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2786
2787 out:
2788         /*
2789          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2790          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2791          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2792          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2793          */
2794         if (unlikely(!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie) && !page))
2795                 goto retry_cpuset;
2796
2797         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2798
2799         return page;
2800 }
2801 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2802
2803 /*
2804  * Common helper functions.
2805  */
2806 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2807 {
2808         struct page *page;
2809
2810         /*
2811          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2812          * a highmem page
2813          */
2814         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2815
2816         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2817         if (!page)
2818                 return 0;
2819         return (unsigned long) page_address(page);
2820 }
2821 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2822
2823 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2824 {
2825         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2826 }
2827 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2828
2829 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2830 {
2831         if (put_page_testzero(page)) {
2832                 if (order == 0)
2833                         free_hot_cold_page(page, 0);
2834                 else
2835                         __free_pages_ok(page, order);
2836         }
2837 }
2838
2839 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2840
2841 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2842 {
2843         if (addr != 0) {
2844                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2845                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2846         }
2847 }
2848
2849 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2850
2851 /*
2852  * __free_memcg_kmem_pages and free_memcg_kmem_pages will free
2853  * pages allocated with __GFP_KMEMCG.
2854  *
2855  * Those pages are accounted to a particular memcg, embedded in the
2856  * corresponding page_cgroup. To avoid adding a hit in the allocator to search
2857  * for that information only to find out that it is NULL for users who have no
2858  * interest in that whatsoever, we provide these functions.
2859  *
2860  * The caller knows better which flags it relies on.
2861  */
2862 void __free_memcg_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2863 {
2864         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2865         __free_pages(page, order);
2866 }
2867
2868 void free_memcg_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2869 {
2870         if (addr != 0) {
2871                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2872                 __free_memcg_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2873         }
2874 }
2875
2876 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2877 {
2878         if (addr) {
2879                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2880                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2881
2882                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2883                 while (used < alloc_end) {
2884                         free_page(used);
2885                         used += PAGE_SIZE;
2886                 }
2887         }
2888         return (void *)addr;
2889 }
2890
2891 /**
2892  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2893  * @size: the number of bytes to allocate
2894  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2895  *
2896  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2897  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2898  * allocate memory in power-of-two pages.
2899  *
2900  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2901  *
2902  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2903  */
2904 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2905 {
2906         unsigned int order = get_order(size);
2907         unsigned long addr;
2908
2909         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2910         return make_alloc_exact(addr, order, size);
2911 }
2912 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
2913
2914 /**
2915  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
2916  *                         pages on a node.
2917  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
2918  * @size: the number of bytes to allocate
2919  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2920  *
2921  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
2922  * back.
2923  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
2924  * but is not exact.
2925  */
2926 void *alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
2927 {
2928         unsigned order = get_order(size);
2929         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2930         if (!p)
2931                 return NULL;
2932         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
2933 }
2934 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_nid);
2935
2936 /**
2937  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
2938  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
2939  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
2940  *
2941  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
2942  */
2943 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
2944 {
2945         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
2946         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
2947
2948         while (addr < end) {
2949                 free_page(addr);
2950                 addr += PAGE_SIZE;
2951         }
2952 }
2953 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
2954
2955 /**
2956  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
2957  * @offset: The zone index of the highest zone
2958  *
2959  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
2960  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
2961  * zone, the number of pages is calculated as:
2962  *     managed_pages - high_pages
2963  */
2964 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
2965 {
2966         struct zoneref *z;
2967         struct zone *zone;
2968
2969         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
2970         unsigned long sum = 0;
2971
2972         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
2973
2974         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
2975                 unsigned long size = zone->managed_pages;
2976                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
2977                 if (size > high)
2978                         sum += size - high;
2979         }
2980
2981         return sum;
2982 }
2983
2984 /**
2985  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
2986  *
2987  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
2988  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
2989  */
2990 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
2991 {
2992         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
2993 }
2994 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
2995
2996 /**
2997  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
2998  *
2999  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3000  * high watermark within all zones.
3001  */
3002 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3003 {
3004         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3005 }
3006
3007 static inline void show_node(struct zone *zone)
3008 {
3009         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3010                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3011 }
3012
3013 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3014 {
3015         val->totalram = totalram_pages;
3016         val->sharedram = 0;
3017         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3018         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3019         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3020         val->freehigh = nr_free_highpages();
3021         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3022 }
3023
3024 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3025
3026 #ifdef CONFIG_NUMA
3027 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3028 {
3029         int zone_type;          /* needs to be signed */
3030         unsigned long managed_pages = 0;
3031         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3032
3033         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3034                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3035         val->totalram = managed_pages;
3036         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3037 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3038         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3039         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3040                         NR_FREE_PAGES);
3041 #else
3042         val->totalhigh = 0;
3043         val->freehigh = 0;
3044 #endif
3045         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3046 }
3047 #endif
3048
3049 /*
3050  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3051  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3052  */
3053 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3054 {
3055         bool ret = false;
3056         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3057
3058         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3059                 goto out;
3060
3061         do {
3062                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
3063                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3064         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
3065 out:
3066         return ret;
3067 }
3068
3069 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3070
3071 static void show_migration_types(unsigned char type)
3072 {
3073         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3074                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3075                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3076                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3077                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3078 #ifdef CONFIG_CMA
3079                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3080 #endif
3081 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3082                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3083 #endif
3084         };
3085         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3086         char *p = tmp;
3087         int i;
3088
3089         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3090                 if (type & (1 << i))
3091                         *p++ = types[i];
3092         }
3093
3094         *p = '\0';
3095         printk("(%s) ", tmp);
3096 }
3097
3098 /*
3099  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3100  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3101  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3102  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3103  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3104  */
3105 void show_free_areas(unsigned int filter)
3106 {
3107         int cpu;
3108         struct zone *zone;
3109
3110         for_each_populated_zone(zone) {
3111                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3112                         continue;
3113                 show_node(zone);
3114                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3115
3116                 for_each_online_cpu(cpu) {
3117                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3118
3119                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3120
3121                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3122                                cpu, pageset->pcp.high,
3123                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3124                 }
3125         }
3126
3127         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3128                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3129                 " unevictable:%lu"
3130                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3131                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3132                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3133                 " free_cma:%lu\n",
3134                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3135                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3136                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3137                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3138                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3139                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3140                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3141                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3142                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3143                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3144                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3145                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3146                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3147                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3148                 global_page_state(NR_SHMEM),
3149                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3150                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3151                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3152
3153         for_each_populated_zone(zone) {
3154                 int i;
3155
3156                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3157                         continue;
3158                 show_node(zone);
3159                 printk("%s"
3160                         " free:%lukB"
3161                         " min:%lukB"
3162                         " low:%lukB"
3163                         " high:%lukB"
3164                         " active_anon:%lukB"
3165                         " inactive_anon:%lukB"
3166                         " active_file:%lukB"
3167                         " inactive_file:%lukB"
3168                         " unevictable:%lukB"
3169                         " isolated(anon):%lukB"
3170                         " isolated(file):%lukB"
3171                         " present:%lukB"
3172                         " managed:%lukB"
3173                         " mlocked:%lukB"
3174                         " dirty:%lukB"
3175                         " writeback:%lukB"
3176                         " mapped:%lukB"
3177                         " shmem:%lukB"
3178                         " slab_reclaimable:%lukB"
3179                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3180                         " kernel_stack:%lukB"
3181                         " pagetables:%lukB"
3182                         " unstable:%lukB"
3183                         " bounce:%lukB"
3184                         " free_cma:%lukB"
3185                         " writeback_tmp:%lukB"
3186                         " pages_scanned:%lu"
3187                         " all_unreclaimable? %s"
3188                         "\n",
3189                         zone->name,
3190                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3191                         K(min_wmark_pages(zone)),
3192                         K(low_wmark_pages(zone)),
3193                         K(high_wmark_pages(zone)),
3194                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3195                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3196                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3197                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3198                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3199                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3200                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3201                         K(zone->present_pages),
3202                         K(zone->managed_pages),
3203                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3204                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3205                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3206                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3207                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3208                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3209                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3210                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3211                                 THREAD_SIZE / 1024,
3212                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3213                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3214                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3215                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3216                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3217                         zone->pages_scanned,
3218                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3219                         );
3220                 printk("lowmem_reserve[]:");
3221                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3222                         printk(" %lu", zone->lowmem_reserve[i]);
3223                 printk("\n");
3224         }
3225
3226         for_each_populated_zone(zone) {
3227                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3228                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3229
3230                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3231                         continue;
3232                 show_node(zone);
3233                 printk("%s: ", zone->name);
3234
3235                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3236                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3237                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3238                         int type;
3239
3240                         nr[order] = area->nr_free;
3241                         total += nr[order] << order;
3242
3243                         types[order] = 0;
3244                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3245                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3246                                         types[order] |= 1 << type;
3247                         }
3248                 }
3249                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3250                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3251                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3252                         if (nr[order])
3253                                 show_migration_types(types[order]);
3254                 }
3255                 printk("= %lukB\n", K(total));
3256         }
3257
3258         hugetlb_show_meminfo();
3259
3260         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3261
3262         show_swap_cache_info();
3263 }
3264
3265 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3266 {
3267         zoneref->zone = zone;
3268         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3269 }
3270
3271 /*
3272  * Builds allocation fallback zone lists.
3273  *
3274  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3275  */
3276 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3277                                 int nr_zones)
3278 {
3279         struct zone *zone;
3280         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3281
3282         do {
3283                 zone_type--;
3284                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3285                 if (populated_zone(zone)) {
3286                         zoneref_set_zone(zone,
3287                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3288                         check_highest_zone(zone_type);
3289                 }
3290         } while (zone_type);
3291
3292         return nr_zones;
3293 }
3294
3295
3296 /*
3297  *  zonelist_order:
3298  *  0 = automatic detection of better ordering.
3299  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3300  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3301  *
3302  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3303  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3304  */
3305 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3306 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3307 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3308
3309 /* zonelist order in the kernel.
3310  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3311  */
3312 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3313 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3314
3315
3316 #ifdef CONFIG_NUMA
3317 /* The value user specified ....changed by config */
3318 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3319 /* string for sysctl */
3320 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3321 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3322
3323 /*
3324  * interface for configure zonelist ordering.
3325  * command line option "numa_zonelist_order"
3326  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3327  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3328  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3329  */
3330
3331 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3332 {
3333         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3334                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3335         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3336                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3337         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3338                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3339         } else {
3340                 printk(KERN_WARNING
3341                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3342                         "%s\n", s);
3343                 return -EINVAL;
3344         }
3345         return 0;
3346 }
3347
3348 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3349 {
3350         int ret;
3351
3352         if (!s)
3353                 return 0;
3354
3355         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3356         if (ret == 0)
3357                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3358
3359         return ret;
3360 }
3361 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3362
3363 /*
3364  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3365  */
3366 int numa_zonelist_order_handler(ctl_table *table, int write,
3367                 void __user *buffer, size_t *length,
3368                 loff_t *ppos)
3369 {
3370         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3371         int ret;
3372         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3373
3374         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3375         if (write) {
3376                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3377                         ret = -EINVAL;
3378                         goto out;
3379                 }
3380                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3381         }
3382         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3383         if (ret)
3384                 goto out;
3385         if (write) {
3386                 int oldval = user_zonelist_order;
3387
3388                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3389                 if (ret) {
3390                         /*
3391                          * bogus value.  restore saved string
3392                          */
3393                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3394                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3395                         user_zonelist_order = oldval;
3396                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3397                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3398                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3399                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3400                 }
3401         }
3402 out:
3403         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3404         return ret;
3405 }
3406
3407
3408 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3409 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3410
3411 /**
3412  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3413  * @node: node whose fallback list we're appending
3414  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3415  *
3416  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3417  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3418  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3419  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3420  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3421  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3422  * on them otherwise.
3423  * It returns -1 if no node is found.
3424  */
3425 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3426 {
3427         int n, val;
3428         int min_val = INT_MAX;
3429         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3430         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3431
3432         /* Use the local node if we haven't already */
3433         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3434                 node_set(node, *used_node_mask);
3435                 return node;
3436         }
3437
3438         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3439
3440                 /* Don't want a node to appear more than once */
3441                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3442                         continue;
3443
3444                 /* Use the distance array to find the distance */
3445                 val = node_distance(node, n);
3446
3447                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3448                 val += (n < node);
3449
3450                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3451                 tmp = cpumask_of_node(n);
3452                 if (!cpumask_empty(tmp))
3453                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3454
3455                 /* Slight preference for less loaded node */
3456                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3457                 val += node_load[n];
3458
3459                 if (val < min_val) {
3460                         min_val = val;
3461                         best_node = n;
3462                 }
3463         }
3464
3465         if (best_node >= 0)
3466                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3467
3468         return best_node;
3469 }
3470
3471
3472 /*
3473  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3474  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3475  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3476  */
3477 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3478 {
3479         int j;
3480         struct zonelist *zonelist;
3481
3482         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3483         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3484                 ;
3485         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3486         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3487         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3488 }
3489
3490 /*
3491  * Build gfp_thisnode zonelists
3492  */
3493 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3494 {
3495         int j;
3496         struct zonelist *zonelist;
3497
3498         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3499         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3500         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3501         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3502 }
3503
3504 /*
3505  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3506  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3507  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3508  * may still exist in local DMA zone.
3509  */
3510 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3511
3512 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3513 {
3514         int pos, j, node;
3515         int zone_type;          /* needs to be signed */
3516         struct zone *z;
3517         struct zonelist *zonelist;
3518
3519         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3520         pos = 0;
3521         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3522                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3523                         node = node_order[j];
3524                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3525                         if (populated_zone(z)) {
3526                                 zoneref_set_zone(z,
3527                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3528                                 check_highest_zone(zone_type);
3529                         }
3530                 }
3531         }
3532         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3533         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3534 }
3535
3536 static int default_zonelist_order(void)
3537 {
3538         int nid, zone_type;
3539         unsigned long low_kmem_size, total_size;
3540         struct zone *z;
3541         int average_size;
3542         /*
3543          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 can be very small area in the system.
3544          * If they are really small and used heavily, the system can fall
3545          * into OOM very easily.
3546          * This function detect ZONE_DMA/DMA32 size and configures zone order.
3547          */
3548         /* Is there ZONE_NORMAL ? (ex. ppc has only DMA zone..) */
3549         low_kmem_size = 0;
3550         total_size = 0;
3551         for_each_online_node(nid) {
3552                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3553                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3554                         if (populated_zone(z)) {
3555                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3556                                         low_kmem_size += z->managed_pages;
3557                                 total_size += z->managed_pages;
3558                         } else if (zone_type == ZONE_NORMAL) {
3559                                 /*
3560                                  * If any node has only lowmem, then node order
3561                                  * is preferred to allow kernel allocations
3562                                  * locally; otherwise, they can easily infringe
3563                                  * on other nodes when there is an abundance of
3564                                  * lowmem available to allocate from.
3565                                  */
3566                                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3567                         }
3568                 }
3569         }
3570         if (!low_kmem_size ||  /* there are no DMA area. */
3571             low_kmem_size > total_size/2) /* DMA/DMA32 is big. */
3572                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3573         /*
3574          * look into each node's config.
3575          * If there is a node whose DMA/DMA32 memory is very big area on
3576          * local memory, NODE_ORDER may be suitable.
3577          */
3578         average_size = total_size /
3579                                 (nodes_weight(node_states[N_MEMORY]) + 1);
3580         for_each_online_node(nid) {
3581                 low_kmem_size = 0;
3582                 total_size = 0;
3583                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3584                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3585                         if (populated_zone(z)) {
3586                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3587                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3588                                 total_size += z->present_pages;
3589                         }
3590                 }
3591                 if (low_kmem_size &&
3592                     total_size > average_size && /* ignore small node */
3593                     low_kmem_size > total_size * 70/100)
3594                         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3595         }
3596         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3597 }
3598
3599 static void set_zonelist_order(void)
3600 {
3601         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3602                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3603         else
3604                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3605 }
3606
3607 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3608 {
3609         int j, node, load;
3610         enum zone_type i;
3611         nodemask_t used_mask;
3612         int local_node, prev_node;
3613         struct zonelist *zonelist;
3614         int order = current_zonelist_order;
3615
3616         /* initialize zonelists */
3617         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3618                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3619                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3620                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3621         }
3622
3623         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3624         local_node = pgdat->node_id;
3625         load = nr_online_nodes;
3626         prev_node = local_node;
3627         nodes_clear(used_mask);
3628
3629         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3630         j = 0;
3631
3632         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3633                 /*
3634                  * We don't want to pressure a particular node.
3635                  * So adding penalty to the first node in same
3636                  * distance group to make it round-robin.
3637                  */
3638                 if (node_distance(local_node, node) !=
3639                     node_distance(local_node, prev_node))
3640                         node_load[node] = load;
3641
3642                 prev_node = node;
3643                 load--;
3644                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3645                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3646                 else
3647                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3648         }
3649
3650         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3651                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3652                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3653         }
3654
3655         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3656 }
3657
3658 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3659 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3660 {
3661         struct zonelist *zonelist;
3662         struct zonelist_cache *zlc;
3663         struct zoneref *z;
3664
3665         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3666         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3667         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3668         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3669                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3670 }
3671
3672 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3673 /*
3674  * Return node id of node used for "local" allocations.
3675  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3676  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3677  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3678  */
3679 int local_memory_node(int node)
3680 {
3681         struct zone *zone;
3682
3683         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3684                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3685                                    NULL,
3686                                    &zone);
3687         return zone->node;
3688 }
3689 #endif
3690
3691 #else   /* CONFIG_NUMA */
3692
3693 static void set_zonelist_order(void)
3694 {
3695         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3696 }
3697
3698 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3699 {
3700         int node, local_node;
3701         enum zone_type j;
3702         struct zonelist *zonelist;
3703
3704         local_node = pgdat->node_id;
3705
3706         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3707         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3708
3709         /*
3710          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3711          * of all the other nodes.
3712          * We don't want to pressure a particular node, so when
3713          * building the zones for node N, we make sure that the
3714          * zones coming right after the local ones are those from
3715          * node N+1 (modulo N)
3716          */
3717         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3718                 if (!node_online(node))
3719                         continue;
3720                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3721         }
3722         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3723                 if (!node_online(node))
3724                         continue;
3725                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3726         }
3727
3728         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3729         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3730 }
3731
3732 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3733 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3734 {
3735         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3736 }
3737
3738 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3739
3740 /*
3741  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3742  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3743  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3744  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3745  * with interrupts disabled.
3746  *
3747  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3748  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3749  * hotplugged processors.
3750  *
3751  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3752  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3753  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3754  */
3755 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3756 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3757 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3758
3759 /*
3760  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3761  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3762  */
3763 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3764
3765 /* return values int ....just for stop_machine() */
3766 static int __build_all_zonelists(void *data)
3767 {
3768         int nid;
3769         int cpu;
3770         pg_data_t *self = data;
3771
3772 #ifdef CONFIG_NUMA
3773         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3774 #endif
3775
3776         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3777                 build_zonelists(self);
3778                 build_zonelist_cache(self);
3779         }
3780
3781         for_each_online_node(nid) {
3782                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3783
3784                 build_zonelists(pgdat);
3785                 build_zonelist_cache(pgdat);
3786         }
3787
3788         /*
3789          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3790          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3791          * each zone will be allocated later when the per cpu
3792          * allocator is available.
3793          *
3794          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3795          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3796          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3797          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3798          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3799          * (a chicken-egg dilemma).
3800          */
3801         for_each_possible_cpu(cpu) {
3802                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3803
3804 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3805                 /*
3806                  * We now know the "local memory node" for each node--
3807                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3808                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3809                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3810                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3811                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3812                  */
3813                 if (cpu_online(cpu))
3814                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3815 #endif
3816         }
3817
3818         return 0;
3819 }
3820
3821 /*
3822  * Called with zonelists_mutex held always
3823  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3824  */
3825 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3826 {
3827         set_zonelist_order();
3828
3829         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3830                 __build_all_zonelists(NULL);
3831                 mminit_verify_zonelist();
3832                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3833         } else {
3834 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3835                 if (zone)
3836                         setup_zone_pageset(zone);
3837 #endif
3838                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3839                    of zonelist */
3840                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3841                 /* cpuset refresh routine should be here */
3842         }
3843         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3844         /*
3845          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3846          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3847          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3848          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3849          * disabled and enable it later
3850          */
3851         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3852                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3853         else
3854                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3855
3856         printk("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3857                 "Total pages: %ld\n",
3858                         nr_online_nodes,
3859                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3860                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3861                         vm_total_pages);
3862 #ifdef CONFIG_NUMA
3863         printk("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3864 #endif
3865 }
3866
3867 /*
3868  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3869  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3870  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3871  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3872  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3873  * conservative, even though it seems large.
3874  *
3875  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3876  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3877  */
3878 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3879
3880 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3881 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3882 {
3883         unsigned long size = 1;
3884
3885         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3886
3887         while (size < pages)
3888                 size <<= 1;
3889
3890         /*
3891          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3892          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3893          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3894          */
3895         size = min(size, 4096UL);
3896
3897         return max(size, 4UL);
3898 }
3899 #else
3900 /*
3901  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3902  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3903  *
3904  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3905  *
3906  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3907  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3908  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3909  *
3910  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3911  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3912  *
3913  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3914  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3915  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3916  */
3917 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3918 {
3919         return 4096UL;
3920 }
3921 #endif
3922
3923 /*
3924  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3925  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3926  * hash function before the remainder is taken.
3927  */
3928 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3929 {
3930         return ffz(~size);
3931 }
3932
3933 /*
3934  * Check if a pageblock contains reserved pages
3935  */
3936 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3937 {
3938         unsigned long pfn;
3939
3940         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3941                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
3942                         return 1;
3943         }
3944         return 0;
3945 }
3946
3947 /*
3948  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
3949  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
3950  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
3951  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
3952  * blocks as reclaim kicks in
3953  */
3954 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
3955 {
3956         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
3957         struct page *page;
3958         unsigned long block_migratetype;
3959         int reserve;
3960         int old_reserve;
3961
3962         /*
3963          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
3964          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
3965          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
3966          * the block.
3967          */
3968         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
3969         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
3970         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
3971         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
3972                                                         pageblock_order;
3973
3974         /*
3975          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
3976          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
3977          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
3978          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
3979          * future allocation of hugepages at runtime.
3980          */
3981         reserve = min(2, reserve);
3982         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
3983
3984         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
3985         if (reserve == old_reserve)
3986                 return;
3987         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
3988
3989         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
3990                 if (!pfn_valid(pfn))
3991                         continue;
3992                 page = pfn_to_page(pfn);
3993
3994                 /* Watch out for overlapping nodes */
3995                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
3996                         continue;
3997
3998                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
3999
4000                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4001                 if (reserve > 0) {
4002                         /*
4003                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4004                          * them.
4005                          */
4006                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4007                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4008                                 continue;
4009
4010                         /* If this block is reserved, account for it */
4011                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4012                                 reserve--;
4013                                 continue;
4014                         }
4015
4016                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4017                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4018                                 set_pageblock_migratetype(page,
4019                                                         MIGRATE_RESERVE);
4020                                 move_freepages_block(zone, page,
4021                                                         MIGRATE_RESERVE);
4022                                 reserve--;
4023                                 continue;
4024                         }
4025                 } else if (!old_reserve) {
4026                         /*
4027                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4028                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4029                          */
4030                         break;
4031                 }
4032
4033                 /*
4034                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4035                  * take it back
4036                  */
4037                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4038                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4039                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4040                 }
4041         }
4042 }
4043
4044 /*
4045  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4046  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4047  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4048  */
4049 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4050                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4051 {
4052         struct page *page;
4053         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4054         unsigned long pfn;
4055         struct zone *z;
4056
4057         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4058                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4059
4060         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4061         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4062                 /*
4063                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4064                  * handed to this function.  They do not
4065                  * exist on hotplugged memory.
4066                  */
4067                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4068                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4069                                 continue;
4070                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4071                                 continue;
4072                 }
4073                 page = pfn_to_page(pfn);
4074                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4075                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4076                 init_page_count(page);
4077                 page_mapcount_reset(page);
4078                 page_cpupid_reset_last(page);
4079                 SetPageReserved(page);
4080                 /*
4081                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4082                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4083                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4084                  * the address space during boot when many long-lived
4085                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4086                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4087                  * setup_zone_migrate_reserve()
4088                  *
4089                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4090                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4091                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4092                  * pfn out of zone.
4093                  */
4094                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4095                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4096                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4097                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4098
4099                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4100 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4101                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4102                 if (!is_highmem_idx(zone))
4103                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4104 #endif
4105         }
4106 }
4107
4108 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4109 {
4110         int order, t;
4111         for_each_migratetype_order(order, t) {
4112                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4113                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4114         }
4115 }
4116
4117 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4118 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4119         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4120 #endif
4121
4122 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4123 {
4124 #ifdef CONFIG_MMU
4125         int batch;
4126
4127         /*
4128          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4129          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4130          *
4131          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4132          */
4133         batch = zone->managed_pages / 1024;
4134         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4135                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4136         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4137         if (batch < 1)
4138                 batch = 1;
4139
4140         /*
4141          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4142          * of 2 value was found to be more likely to have
4143          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4144          *
4145          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4146          * batches of pages, one task can end up with a lot
4147          * of pages of one half of the possible page colors
4148          * and the other with pages of the other colors.
4149          */
4150         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4151
4152         return batch;
4153
4154 #else
4155         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4156          * conditions.
4157          *
4158          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4159          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4160          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4161          *
4162          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4163          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4164          * can be a significant delay between the individual batches being
4165          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4166          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4167          */
4168         return 0;
4169 #endif
4170 }
4171
4172 /*
4173  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4174  * ->batch must never be higher then ->high.
4175  * The following function updates them in a safe manner without read side
4176  * locking.
4177  *
4178  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4179  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4180  *
4181  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4182  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4183  * exist).
4184  */
4185 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4186                 unsigned long batch)
4187 {
4188        /* start with a fail safe value for batch */
4189         pcp->batch = 1;
4190         smp_wmb();
4191
4192        /* Update high, then batch, in order */
4193         pcp->high = high;
4194         smp_wmb();
4195
4196         pcp->batch = batch;
4197 }
4198
4199 /* a companion to pageset_set_high() */
4200 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4201 {
4202         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4203 }
4204
4205 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4206 {
4207         struct per_cpu_pages *pcp;
4208         int migratetype;
4209
4210         memset(p, 0, sizeof(*p));
4211
4212         pcp = &p->pcp;
4213         pcp->count = 0;
4214         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4215                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4216 }
4217
4218 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4219 {
4220         pageset_init(p);
4221         pageset_set_batch(p, batch);
4222 }
4223
4224 /*
4225  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4226  * to the value high for the pageset p.
4227  */
4228 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4229                                 unsigned long high)
4230 {
4231         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4232         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4233                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4234
4235         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4236 }
4237
4238 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4239                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4240 {
4241         if (percpu_pagelist_fraction)
4242                 pageset_set_high(pcp,
4243                         (zone->managed_pages /
4244                                 percpu_pagelist_fraction));
4245         else
4246                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4247 }
4248
4249 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4250 {
4251         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4252
4253         pageset_init(pcp);
4254         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4255 }
4256
4257 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4258 {
4259         int cpu;
4260         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4261         for_each_possible_cpu(cpu)
4262                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4263 }
4264
4265 /*
4266  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4267  * Before this call only boot pagesets were available.
4268  */
4269 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4270 {
4271         struct zone *zone;
4272
4273         for_each_populated_zone(zone)
4274                 setup_zone_pageset(zone);
4275 }
4276
4277 static noinline __init_refok
4278 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4279 {
4280         int i;
4281         size_t alloc_size;
4282
4283         /*
4284          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4285          * per zone.
4286          */
4287         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4288                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4289         zone->wait_table_bits =
4290                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4291         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4292                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4293
4294         if (!slab_is_available()) {
4295                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4296                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4297                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4298         } else {
4299                 /*
4300                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4301                  * via memory hot-add.
4302                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4303                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4304                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4305                  * node itself as well.
4306                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4307                  * necessary.
4308                  */
4309                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4310         }
4311         if (!zone->wait_table)
4312                 return -ENOMEM;
4313
4314         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4315                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4316
4317         return 0;
4318 }
4319
4320 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4321 {
4322         /*
4323          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4324          * relies on the ability of the linker to provide the
4325          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4326          */
4327         zone->pageset = &boot_pageset;
4328
4329         if (populated_zone(zone))
4330                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4331                         zone->name, zone->present_pages,
4332                                          zone_batchsize(zone));
4333 }
4334
4335 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4336                                         unsigned long zone_start_pfn,
4337                                         unsigned long size,
4338                                         enum memmap_context context)
4339 {
4340         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4341         int ret;
4342         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4343         if (ret)
4344                 return ret;
4345         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4346
4347         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4348
4349         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4350                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4351                         pgdat->node_id,
4352                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4353                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4354
4355         zone_init_free_lists(zone);
4356
4357         return 0;
4358 }
4359
4360 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4361 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4362 /*
4363  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4364  * Architectures may implement their own version but if add_active_range()
4365  * was used and there are no special requirements, this is a convenient
4366  * alternative
4367  */
4368 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4369 {
4370         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4371         int nid;
4372         /*
4373          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4374          * when the kernel is running single-threaded.
4375          */
4376         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4377         static int __meminitdata last_nid;
4378
4379         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4380                 return last_nid;
4381
4382         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4383         if (nid != -1) {
4384                 last_start_pfn = start_pfn;
4385                 last_end_pfn = end_pfn;
4386                 last_nid = nid;
4387         }
4388
4389         return nid;
4390 }
4391 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4392
4393 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4394 {
4395         int nid;
4396
4397         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4398         if (nid >= 0)
4399                 return nid;
4400         /* just returns 0 */
4401         return 0;
4402 }
4403
4404 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4405 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4406 {
4407         int nid;
4408
4409         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4410         if (nid >= 0 && nid != node)
4411                 return false;
4412         return true;
4413 }
4414 #endif
4415
4416 /**
4417  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4418  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4419  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4420  *
4421  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4422  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4423  * this function may be used instead of calling memblock_free_early_nid()
4424  * manually.
4425  */
4426 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4427 {
4428         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4429         int i, this_nid;
4430
4431         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4432                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4433                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4434
4435                 if (start_pfn < end_pfn)
4436                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4437                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4438                                         this_nid);
4439         }
4440 }
4441
4442 /**
4443  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4444  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4445  *
4446  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4447  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4448  * function may be used instead of calling memory_present() manually.
4449  */
4450 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4451 {
4452         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4453         int i, this_nid;
4454
4455         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4456                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4457 }
4458
4459 /**
4460  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4461  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4462  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4463  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4464  *
4465  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4466  * provided by an arch calling add_active_range(). If called for a node
4467  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4468  * PFNs will be 0.
4469  */
4470 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4471                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4472 {
4473         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4474         int i;
4475
4476         *start_pfn = -1UL;
4477         *end_pfn = 0;
4478
4479         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4480                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4481                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4482         }
4483
4484         if (*start_pfn == -1UL)
4485                 *start_pfn = 0;
4486 }
4487
4488 /*
4489  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4490  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4491  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4492  */
4493 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4494 {
4495         int zone_index;
4496         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4497                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4498                         continue;
4499
4500                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4501                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4502                         break;
4503         }
4504
4505         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4506         movable_zone = zone_index;
4507 }
4508
4509 /*
4510  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4511  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4512  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4513  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4514  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4515  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4516  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4517  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4518  */
4519 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4520                                         unsigned long zone_type,
4521                                         unsigned long node_start_pfn,
4522                                         unsigned long node_end_pfn,
4523                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4524                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4525 {
4526         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4527         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4528                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4529                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4530                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4531                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4532                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4533
4534                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4535                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4536                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4537                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4538
4539                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4540                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4541                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4542         }
4543 }
4544
4545 /*
4546  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4547  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4548  */
4549 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4550                                         unsigned long zone_type,
4551                                         unsigned long node_start_pfn,
4552                                         unsigned long node_end_pfn,
4553                                         unsigned long *ignored)
4554 {
4555         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4556
4557         /* Get the start and end of the zone */
4558         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4559         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4560         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4561                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4562                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4563
4564         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4565         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4566                 return 0;
4567
4568         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4569         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4570         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4571
4572         /* Return the spanned pages */
4573         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4574 }
4575
4576 /*
4577  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4578  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4579  */
4580 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4581                                 unsigned long range_start_pfn,
4582                                 unsigned long range_end_pfn)
4583 {
4584         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4585         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4586         int i;
4587
4588         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4589                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4590                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4591                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4592         }
4593         return nr_absent;
4594 }
4595
4596 /**
4597  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4598  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4599  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4600  *
4601  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4602  */
4603 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4604                                                         unsigned long end_pfn)
4605 {
4606         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4607 }
4608
4609 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4610 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4611                                         unsigned long zone_type,
4612                                         unsigned long node_start_pfn,
4613                                         unsigned long node_end_pfn,
4614                                         unsigned long *ignored)
4615 {
4616         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4617         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4618         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4619
4620         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4621         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4622
4623         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4624                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4625                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4626         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4627 }
4628
4629 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4630 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4631                                         unsigned long zone_type,
4632                                         unsigned long node_start_pfn,
4633                                         unsigned long node_end_pfn,
4634                                         unsigned long *zones_size)
4635 {
4636         return zones_size[zone_type];
4637 }
4638
4639 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4640                                                 unsigned long zone_type,
4641                                                 unsigned long node_start_pfn,
4642                                                 unsigned long node_end_pfn,
4643                                                 unsigned long *zholes_size)
4644 {
4645         if (!zholes_size)
4646                 return 0;
4647
4648         return zholes_size[zone_type];
4649 }
4650
4651 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4652
4653 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4654                                                 unsigned long node_start_pfn,
4655                                                 unsigned long node_end_pfn,
4656                                                 unsigned long *zones_size,
4657                                                 unsigned long *zholes_size)
4658 {
4659         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4660         enum zone_type i;
4661
4662         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4663                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4664                                                          node_start_pfn,
4665                                                          node_end_pfn,
4666                                                          zones_size);
4667         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4668
4669         realtotalpages = totalpages;
4670         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4671                 realtotalpages -=
4672                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4673                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4674                                                   zholes_size);
4675         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4676         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4677                                                         realtotalpages);
4678 }
4679
4680 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4681 /*
4682  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4683  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4684  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4685  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4686  * bytes.
4687  */
4688 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4689 {
4690         unsigned long usemapsize;
4691
4692         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4693         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4694         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4695         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4696         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4697
4698         return usemapsize / 8;
4699 }
4700
4701 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4702                                 struct zone *zone,
4703                                 unsigned long zone_start_pfn,
4704                                 unsigned long zonesize)
4705 {
4706         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4707         zone->pageblock_flags = NULL;
4708         if (usemapsize)
4709                 zone->pageblock_flags =
4710                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4711                                                          pgdat->node_id);
4712 }
4713 #else
4714 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4715                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4716 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4717
4718 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4719
4720 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4721 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4722 {
4723         unsigned int order;
4724
4725         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4726         if (pageblock_order)
4727                 return;
4728
4729         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4730                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4731         else
4732                 order = MAX_ORDER - 1;
4733
4734         /*
4735          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4736          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4737          * powerpc.
4738          */
4739         pageblock_order = order;
4740 }
4741 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4742
4743 /*
4744  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4745  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4746  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4747  * the kernel config
4748  */
4749 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4750 {
4751 }
4752
4753 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4754
4755 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4756                                                    unsigned long present_pages)
4757 {
4758         unsigned long pages = spanned_pages;
4759
4760         /*
4761          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4762          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4763          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4764          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4765          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4766          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4767          */
4768         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4769             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4770                 pages = present_pages;
4771
4772         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4773 }
4774
4775 /*
4776  * Set up the zone data structures:
4777  *   - mark all pages reserved
4778  *   - mark all memory queues empty
4779  *   - clear the memory bitmaps
4780  *
4781  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4782  */
4783 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4784                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4785                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4786 {
4787         enum zone_type j;
4788         int nid = pgdat->node_id;
4789         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4790         int ret;
4791
4792         pgdat_resize_init(pgdat);
4793 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4794         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4795         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4796         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4797 #endif
4798         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4799         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4800         pgdat_page_cgroup_init(pgdat);
4801
4802         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4803                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4804                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4805
4806                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4807                                                   node_end_pfn, zones_size);
4808                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4809                                                                 node_start_pfn,
4810                                                                 node_end_pfn,
4811                                                                 zholes_size);
4812
4813                 /*
4814                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4815                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4816                  * and per-cpu initialisations
4817                  */
4818                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4819                 if (freesize >= memmap_pages) {
4820                         freesize -= memmap_pages;
4821                         if (memmap_pages)
4822                                 printk(KERN_DEBUG
4823                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4824                                        zone_names[j], memmap_pages);
4825                 } else
4826                         printk(KERN_WARNING
4827                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4828                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4829
4830                 /* Account for reserved pages */
4831                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4832                         freesize -= dma_reserve;
4833                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4834                                         zone_names[0], dma_reserve);
4835                 }
4836
4837                 if (!is_highmem_idx(j))
4838                         nr_kernel_pages += freesize;
4839                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4840                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4841                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4842                 nr_all_pages += freesize;
4843
4844                 zone->spanned_pages = size;
4845                 zone->present_pages = realsize;
4846                 /*
4847                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4848                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4849                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4850                  */
4851                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4852 #ifdef CONFIG_NUMA
4853                 zone->node = nid;
4854                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4855                                                 / 100;
4856                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4857 #endif
4858                 zone->name = zone_names[j];
4859                 spin_lock_init(&zone->lock);
4860                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4861                 zone_seqlock_init(zone);
4862                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4863                 zone_pcp_init(zone);
4864
4865                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4866                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4867
4868                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4869                 if (!size)
4870                         continue;
4871
4872                 set_pageblock_order();
4873                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4874                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4875                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4876                 BUG_ON(ret);
4877                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4878                 zone_start_pfn += size;
4879         }
4880 }
4881
4882 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4883 {
4884         /* Skip empty nodes */
4885         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4886                 return;
4887
4888 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4889         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4890         if (!pgdat->node_mem_map) {
4891                 unsigned long size, start, end;
4892                 struct page *map;
4893
4894                 /*
4895                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4896                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4897                  * for the buddy allocator to function correctly.
4898                  */
4899                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4900                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4901                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4902                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4903                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4904                 if (!map)
4905                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4906                                                                pgdat->node_id);
4907                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4908         }
4909 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4910         /*
4911          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4912          */
4913         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4914                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4915 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4916                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4917                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4918 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4919         }
4920 #endif
4921 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4922 }
4923
4924 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4925                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4926 {
4927         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4928         unsigned long start_pfn = 0;
4929         unsigned long end_pfn = 0;
4930
4931         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4932         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4933
4934         pgdat->node_id = nid;
4935         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4936         if (node_state(nid, N_MEMORY))
4937                 init_zone_allows_reclaim(nid);
4938 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4939         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
4940 #endif
4941         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
4942                                   zones_size, zholes_size);
4943
4944         alloc_node_mem_map(pgdat);
4945 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4946         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
4947                 nid, (unsigned long)pgdat,
4948                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
4949 #endif
4950
4951         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
4952                             zones_size, zholes_size);
4953 }
4954
4955 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4956
4957 #if MAX_NUMNODES > 1
4958 /*
4959  * Figure out the number of possible node ids.
4960  */
4961 void __init setup_nr_node_ids(void)
4962 {
4963         unsigned int node;
4964         unsigned int highest = 0;
4965
4966         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
4967                 highest = node;
4968         nr_node_ids = highest + 1;
4969 }
4970 #endif
4971
4972 /**
4973  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
4974  *
4975  * This function should be called after node map is populated and sorted.
4976  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
4977  * all the nodes.
4978  *
4979  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
4980  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
4981  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
4982  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
4983  *
4984  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
4985  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
4986  * populated node map.
4987  *
4988  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
4989  * requirement (single node).
4990  */
4991 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
4992 {
4993         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
4994         unsigned long start, end, mask;
4995         int last_nid = -1;
4996         int i, nid;
4997
4998         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
4999                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5000                         last_nid = nid;
5001                         last_end = end;
5002                         continue;
5003                 }
5004
5005                 /*
5006                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5007                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5008                  * too coarse to separate the current node from the last.
5009                  */
5010                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5011                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5012                         mask <<= 1;
5013
5014                 /* accumulate all internode masks */
5015                 accl_mask |= mask;
5016         }
5017
5018         /* convert mask to number of pages */
5019         return ~accl_mask + 1;
5020 }
5021
5022 /* Find the lowest pfn for a node */
5023 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5024 {
5025         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5026         unsigned long start_pfn;
5027         int i;
5028
5029         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5030                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5031
5032         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5033                 printk(KERN_WARNING
5034                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5035                 return 0;
5036         }
5037
5038         return min_pfn;
5039 }
5040
5041 /**
5042  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5043  *
5044  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5045  * add_active_range().
5046  */
5047 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5048 {
5049         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5050 }
5051
5052 /*
5053  * early_calculate_totalpages()
5054  * Sum pages in active regions for movable zone.
5055  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5056  */
5057 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5058 {
5059         unsigned long totalpages = 0;
5060         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5061         int i, nid;
5062
5063         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5064                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5065
5066                 totalpages += pages;
5067                 if (pages)
5068                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5069         }
5070         return totalpages;
5071 }
5072
5073 /*
5074  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5075  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5076  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5077  * others
5078  */
5079 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5080 {
5081         int i, nid;
5082         unsigned long usable_startpfn;
5083         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5084         /* save the state before borrow the nodemask */
5085         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5086         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5087         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5088         struct memblock_type *type = &memblock.memory;
5089
5090         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5091         find_usable_zone_for_movable();
5092
5093         /*
5094          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5095          * options.
5096          */
5097         if (movable_node_is_enabled()) {
5098                 for (i = 0; i < type->cnt; i++) {
5099                         if (!memblock_is_hotpluggable(&type->regions[i]))
5100                                 continue;
5101
5102                         nid = type->regions[i].nid;
5103
5104                         usable_startpfn = PFN_DOWN(type->regions[i].base);
5105                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5106                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5107                                 usable_startpfn;
5108                 }
5109
5110                 goto out2;
5111         }
5112
5113         /*
5114          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5115          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5116          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5117          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5118          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5119          * what movablecore would have allowed.
5120          */
5121         if (required_movablecore) {
5122                 unsigned long corepages;
5123
5124                 /*
5125                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5126                  * was requested by the user
5127                  */
5128                 required_movablecore =
5129                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5130                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5131
5132                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5133         }
5134
5135         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5136         if (!required_kernelcore)
5137                 goto out;
5138
5139         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5140         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5141
5142 restart:
5143         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5144         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5145         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5146                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5147
5148                 /*
5149                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5150                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5151                  * amount of memory for the kernel
5152                  */
5153                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5154                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5155
5156                 /*
5157                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5158                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5159                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5160                  */
5161                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5162
5163                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5164                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5165                         unsigned long size_pages;
5166
5167                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5168                         if (start_pfn >= end_pfn)
5169                                 continue;
5170
5171                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5172                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5173                                 unsigned long kernel_pages;
5174                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5175                                                                 - start_pfn;
5176
5177                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5178                                                         kernelcore_remaining);
5179                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5180                                                         required_kernelcore);
5181
5182                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5183                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5184
5185                                         /*
5186                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5187                                          * that if we have to rebalance
5188                                          * kernelcore across nodes, we will
5189                                          * not double account here
5190                                          */
5191                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5192                                         continue;
5193                                 }
5194                                 start_pfn = usable_startpfn;
5195                         }
5196
5197                         /*
5198                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5199                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5200                          * number of pages used as kernelcore
5201                          */
5202                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5203                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5204                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5205                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5206
5207                         /*
5208                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5209                          * break if the kernelcore for this node has been
5210                          * satisfied
5211                          */
5212                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5213                                                                 size_pages);
5214                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5215                         if (!kernelcore_remaining)
5216                                 break;
5217                 }
5218         }
5219
5220         /*
5221          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5222          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5223          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5224          * satisfied
5225          */
5226         usable_nodes--;
5227         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5228                 goto restart;
5229
5230 out2:
5231         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5232         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5233                 zone_movable_pfn[nid] =
5234                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5235
5236 out:
5237         /* restore the node_state */
5238         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5239 }
5240
5241 /* Any regular or high memory on that node ? */
5242 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5243 {
5244         enum zone_type zone_type;
5245
5246         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5247                 return;
5248
5249         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5250                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5251                 if (populated_zone(zone)) {
5252                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5253                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5254                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5255                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5256                         break;
5257                 }
5258         }
5259 }
5260
5261 /**
5262  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5263  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5264  *
5265  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5266  * Using the page ranges provided by add_active_range(), the size of each
5267  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5268  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5269  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5270  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5271  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5272  * at arch_max_dma_pfn.
5273  */
5274 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5275 {
5276         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5277         int i, nid;
5278
5279         /* Record where the zone boundaries are */
5280         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5281                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5282         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5283                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5284         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5285         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5286         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5287                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5288                         continue;
5289                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5290                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5291                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5292                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5293         }
5294         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5295         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5296
5297         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5298         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5299         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5300
5301         /* Print out the zone ranges */
5302         printk("Zone ranges:\n");
5303         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5304                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5305                         continue;
5306                 printk(KERN_CONT "  %-8s ", zone_names[i]);
5307                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5308                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5309                         printk(KERN_CONT "empty\n");
5310                 else
5311                         printk(KERN_CONT "[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5312                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5313                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5314                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5315         }
5316
5317         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5318         printk("Movable zone start for each node\n");
5319         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5320                 if (zone_movable_pfn[i])
5321                         printk("  Node %d: %#010lx\n", i,
5322                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5323         }
5324
5325         /* Print out the early node map */
5326         printk("Early memory node ranges\n");
5327         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5328                 printk("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5329                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5330
5331         /* Initialise every node */
5332         mminit_verify_pageflags_layout();
5333         setup_nr_node_ids();
5334         for_each_online_node(nid) {
5335                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5336                 free_area_init_node(nid, NULL,
5337                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5338
5339                 /* Any memory on that node */
5340                 if (pgdat->node_present_pages)
5341                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5342                 check_for_memory(pgdat, nid);
5343         }
5344 }
5345
5346 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5347 {
5348         unsigned long long coremem;
5349         if (!p)
5350                 return -EINVAL;
5351
5352         coremem = memparse(p, &p);
5353         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5354
5355         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5356         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5357
5358         return 0;
5359 }
5360
5361 /*
5362  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5363  * cannot be reclaimed or migrated.
5364  */
5365 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5366 {
5367         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5368 }
5369
5370 /*
5371  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5372  * can be reclaimed or migrated.
5373  */
5374 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5375 {
5376         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5377 }
5378
5379 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5380 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5381
5382 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5383
5384 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5385 {
5386         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5387         page_zone(page)->managed_pages += count;
5388         totalram_pages += count;
5389 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5390         if (PageHighMem(page))
5391                 totalhigh_pages += count;
5392 #endif
5393         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5394 }
5395 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5396
5397 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5398 {
5399         void *pos;
5400         unsigned long pages = 0;
5401
5402         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5403         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5404         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5405                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5406                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5407                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5408         }
5409
5410         if (pages && s)
5411                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5412                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5413
5414         return pages;
5415 }
5416 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5417
5418 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5419 void free_highmem_page(struct page *page)
5420 {
5421         __free_reserved_page(page);
5422         totalram_pages++;
5423         page_zone(page)->managed_pages++;
5424         totalhigh_pages++;
5425 }
5426 #endif
5427
5428
5429 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5430 {
5431         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5432         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5433
5434         physpages = get_num_physpages();
5435         codesize = _etext - _stext;
5436         datasize = _edata - _sdata;
5437         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5438         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5439         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5440         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5441
5442         /*
5443          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5444          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5445          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5446          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5447          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5448          */
5449 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5450         do { \
5451                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5452                         size -= adj; \
5453         } while (0)
5454
5455         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5456                      _sinittext, init_code_size);
5457         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5458         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5459         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5460         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5461
5462 #undef  adj_init_size
5463
5464         printk("Memory: %luK/%luK available "
5465                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5466                "%luK init, %luK bss, %luK reserved"
5467 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5468                ", %luK highmem"
5469 #endif
5470                "%s%s)\n",
5471                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5472                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5473                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5474                (physpages - totalram_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5475 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5476                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5477 #endif
5478                str ? ", " : "", str ? str : "");
5479 }
5480
5481 /**
5482  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5483  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5484  *
5485  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5486  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5487  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5488  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5489  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5490  * smaller per-cpu batchsize.
5491  */
5492 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5493 {
5494         dma_reserve = new_dma_reserve;
5495 }
5496
5497 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5498 {
5499         free_area_init_node(0, zones_size,
5500                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5501 }
5502
5503 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5504                                  unsigned long action, void *hcpu)
5505 {
5506         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5507
5508         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5509                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5510                 drain_pages(cpu);
5511
5512                 /*
5513                  * Spill the event counters of the dead processor
5514                  * into the current processors event counters.
5515                  * This artificially elevates the count of the current
5516                  * processor.
5517                  */
5518                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5519
5520                 /*
5521                  * Zero the differential counters of the dead processor
5522                  * so that the vm statistics are consistent.
5523                  *
5524                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5525                  * race with what we are doing.
5526                  */
5527                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5528         }
5529         return NOTIFY_OK;
5530 }
5531
5532 void __init page_alloc_init(void)
5533 {
5534         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5535 }
5536
5537 /*
5538  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5539  *      or min_free_kbytes changes.
5540  */
5541 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5542 {
5543         struct pglist_data *pgdat;
5544         unsigned long reserve_pages = 0;
5545         enum zone_type i, j;
5546
5547         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5548                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5549                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5550                         unsigned long max = 0;
5551
5552                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5553                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5554                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5555                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5556                         }
5557
5558                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5559                         max += high_wmark_pages(zone);
5560
5561                         if (max > zone->managed_pages)
5562                                 max = zone->managed_pages;
5563                         reserve_pages += max;
5564                         /*
5565                          * Lowmem reserves are not available to
5566                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5567                          * kswapd tries to balance zones to their high
5568                          * watermark.  As a result, neither should be
5569                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5570                          * situation where reclaim has to clean pages
5571                          * in order to balance the zones.
5572                          */
5573                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5574                 }
5575         }
5576         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5577         totalreserve_pages = reserve_pages;
5578 }
5579
5580 /*
5581  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5582  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5583  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5584  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5585  */
5586 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5587 {
5588         struct pglist_data *pgdat;
5589         enum zone_type j, idx;
5590
5591         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5592                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5593                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5594                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5595
5596                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5597
5598                         idx = j;
5599                         while (idx) {
5600                                 struct zone *lower_zone;
5601
5602                                 idx--;
5603
5604                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5605                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5606
5607                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5608                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5609                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5610                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5611                         }
5612                 }
5613         }
5614
5615         /* update totalreserve_pages */
5616         calculate_totalreserve_pages();
5617 }
5618
5619 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5620 {
5621         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5622         unsigned long lowmem_pages = 0;
5623         struct zone *zone;
5624         unsigned long flags;
5625
5626         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5627         for_each_zone(zone) {
5628                 if (!is_highmem(zone))
5629                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5630         }
5631
5632         for_each_zone(zone) {
5633                 u64 tmp;
5634
5635                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5636                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5637                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5638                 if (is_highmem(zone)) {
5639                         /*
5640                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5641                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5642                          * value here.
5643                          *
5644                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5645                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5646                          * not be capped for highmem.
5647                          */
5648                         unsigned long min_pages;
5649
5650                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5651                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5652                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5653                 } else {
5654                         /*
5655                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5656                          * proportionate to the zone's size.
5657                          */
5658                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5659                 }
5660
5661                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5662                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5663
5664                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5665                                       high_wmark_pages(zone) -
5666                                       low_wmark_pages(zone) -
5667                                       zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH));
5668
5669                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5670                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5671         }
5672
5673         /* update totalreserve_pages */
5674         calculate_totalreserve_pages();
5675 }
5676
5677 /**
5678  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5679  * or when memory is hot-{added|removed}
5680  *
5681  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5682  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5683  */
5684 void setup_per_zone_wmarks(void)
5685 {
5686         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5687         __setup_per_zone_wmarks();
5688         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5689 }
5690
5691 /*
5692  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5693  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5694  * to be referenced again before it is swapped out.
5695  *
5696  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5697  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5698  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5699  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5700  *
5701  * total     target    max
5702  * memory    ratio     inactive anon
5703  * -------------------------------------
5704  *   10MB       1         5MB
5705  *  100MB       1        50MB
5706  *    1GB       3       250MB
5707  *   10GB      10       0.9GB
5708  *  100GB      31         3GB
5709  *    1TB     101        10GB
5710  *   10TB     320        32GB
5711  */
5712 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5713 {
5714         unsigned int gb, ratio;
5715
5716         /* Zone size in gigabytes */
5717         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5718         if (gb)
5719                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5720         else
5721                 ratio = 1;
5722
5723         zone->inactive_ratio = ratio;
5724 }
5725
5726 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5727 {
5728         struct zone *zone;
5729
5730         for_each_zone(zone)
5731                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5732 }
5733
5734 /*
5735  * Initialise min_free_kbytes.
5736  *
5737  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5738  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5739  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5740  *
5741  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5742  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5743  *
5744  * which yields
5745  *
5746  * 16MB:        512k
5747  * 32MB:        724k
5748  * 64MB:        1024k
5749  * 128MB:       1448k
5750  * 256MB:       2048k
5751  * 512MB:       2896k
5752  * 1024MB:      4096k
5753  * 2048MB:      5792k
5754  * 4096MB:      8192k
5755  * 8192MB:      11584k
5756  * 16384MB:     16384k
5757  */
5758 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5759 {
5760         unsigned long lowmem_kbytes;
5761         int new_min_free_kbytes;
5762
5763         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5764         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5765
5766         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5767                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5768                 if (min_free_kbytes < 128)
5769                         min_free_kbytes = 128;
5770                 if (min_free_kbytes > 65536)
5771                         min_free_kbytes = 65536;
5772         } else {
5773                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5774                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5775         }
5776         setup_per_zone_wmarks();
5777         refresh_zone_stat_thresholds();
5778         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5779         setup_per_zone_inactive_ratio();
5780         return 0;
5781 }
5782 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5783
5784 /*
5785  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5786  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5787  *      changes.
5788  */
5789 int min_free_kbytes_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5790         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5791 {
5792         int rc;
5793
5794         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5795         if (rc)
5796                 return rc;
5797
5798         if (write) {
5799                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5800                 setup_per_zone_wmarks();
5801         }
5802         return 0;
5803 }
5804
5805 #ifdef CONFIG_NUMA
5806 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5807         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5808 {
5809         struct zone *zone;
5810         int rc;
5811
5812         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5813         if (rc)
5814                 return rc;
5815
5816         for_each_zone(zone)
5817                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5818                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5819         return 0;
5820 }
5821
5822 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5823         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5824 {
5825         struct zone *zone;
5826         int rc;
5827
5828         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5829         if (rc)
5830                 return rc;
5831
5832         for_each_zone(zone)
5833                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5834                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5835         return 0;
5836 }
5837 #endif
5838
5839 /*
5840  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5841  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5842  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5843  *
5844  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5845  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5846  * if in function of the boot time zone sizes.
5847  */
5848 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5849         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5850 {
5851         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5852         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5853         return 0;
5854 }
5855
5856 /*
5857  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5858  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5859  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5860  */
5861 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5862         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5863 {
5864         struct zone *zone;
5865         int old_percpu_pagelist_fraction;
5866         int ret;
5867
5868         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5869         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5870
5871         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5872         if (!write || ret < 0)
5873                 goto out;
5874
5875         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5876         if (percpu_pagelist_fraction &&
5877             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5878                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5879                 ret = -EINVAL;
5880                 goto out;
5881         }
5882
5883         /* No change? */
5884         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5885                 goto out;
5886
5887         for_each_populated_zone(zone) {
5888                 unsigned int cpu;
5889
5890                 for_each_possible_cpu(cpu)
5891                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5892                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5893         }
5894 out:
5895         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5896         return ret;
5897 }
5898
5899 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5900
5901 #ifdef CONFIG_NUMA
5902 static int __init set_hashdist(char *str)
5903 {
5904         if (!str)
5905                 return 0;
5906         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5907         return 1;
5908 }
5909 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5910 #endif
5911
5912 /*
5913  * allocate a large system hash table from bootmem
5914  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5915  *   quantity of entries
5916  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5917  */
5918 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5919                                      unsigned long bucketsize,
5920                                      unsigned long numentries,
5921                                      int scale,
5922                                      int flags,
5923                                      unsigned int *_hash_shift,
5924                                      unsigned int *_hash_mask,
5925                                      unsigned long low_limit,
5926                                      unsigned long high_limit)
5927 {
5928         unsigned long long max = high_limit;
5929         unsigned long log2qty, size;
5930         void *table = NULL;
5931
5932         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5933         if (!numentries) {
5934                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5935                 numentries = nr_kernel_pages;
5936
5937                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
5938                 if (PAGE_SHIFT < 20)
5939                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
5940
5941                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5942                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5943                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5944                 else
5945                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5946
5947                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
5948                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
5949                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
5950                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
5951                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
5952                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
5953                                 BUG_ON(!numentries);
5954                         }
5955                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
5956                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
5957         }
5958         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
5959
5960         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
5961         if (max == 0) {
5962                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
5963                 do_div(max, bucketsize);
5964         }
5965         max = min(max, 0x80000000ULL);
5966
5967         if (numentries < low_limit)
5968                 numentries = low_limit;
5969         if (numentries > max)
5970                 numentries = max;
5971
5972         log2qty = ilog2(numentries);
5973
5974         do {
5975                 size = bucketsize << log2qty;
5976                 if (flags & HASH_EARLY)
5977                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
5978                 else if (hashdist)
5979                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
5980                 else {
5981                         /*
5982                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
5983                          * some pages at the end of hash table which
5984                          * alloc_pages_exact() automatically does
5985                          */
5986                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
5987                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
5988                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
5989                         }
5990                 }
5991         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
5992
5993         if (!table)
5994                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
5995
5996         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
5997                tablename,
5998                (1UL << log2qty),
5999                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6000                size);
6001
6002         if (_hash_shift)
6003                 *_hash_shift = log2qty;
6004         if (_hash_mask)
6005                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6006
6007         return table;
6008 }
6009
6010 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6011 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6012                                                         unsigned long pfn)
6013 {
6014 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6015         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6016 #else
6017         return zone->pageblock_flags;
6018 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6019 }
6020
6021 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6022 {
6023 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6024         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6025         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6026 #else
6027         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6028         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6029 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6030 }
6031
6032 /**
6033  * get_pageblock_flags_group - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6034  * @page: The page within the block of interest
6035  * @start_bitidx: The first bit of interest to retrieve
6036  * @end_bitidx: The last bit of interest
6037  * returns pageblock_bits flags
6038  */
6039 unsigned long get_pageblock_flags_mask(struct page *page,
6040                                         unsigned long end_bitidx,
6041                                         unsigned long mask)
6042 {
6043         struct zone *zone;
6044         unsigned long *bitmap;
6045         unsigned long pfn, bitidx, word_bitidx;
6046         unsigned long word;
6047
6048         zone = page_zone(page);
6049         pfn = page_to_pfn(page);
6050         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6051         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6052         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6053         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6054
6055         word = bitmap[word_bitidx];
6056         bitidx += end_bitidx;
6057         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6058 }
6059
6060 /**
6061  * set_pageblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6062  * @page: The page within the block of interest
6063  * @start_bitidx: The first bit of interest
6064  * @end_bitidx: The last bit of interest
6065  * @flags: The flags to set
6066  */
6067 void set_pageblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6068                                         unsigned long end_bitidx,
6069                                         unsigned long mask)
6070 {
6071         struct zone *zone;
6072         unsigned long *bitmap;
6073         unsigned long pfn, bitidx, word_bitidx;
6074         unsigned long old_word, word;
6075
6076         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6077
6078         zone = page_zone(page);
6079         pfn = page_to_pfn(page);
6080         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6081         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6082         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6083         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6084
6085         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6086
6087         bitidx += end_bitidx;
6088         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6089         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6090
6091         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6092         for (;;) {
6093                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6094                 if (word == old_word)
6095                         break;
6096                 word = old_word;
6097         }
6098 }
6099
6100 /*
6101  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6102  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6103  *
6104  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6105  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6106  * expect this function should be exact.
6107  */
6108 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6109                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6110 {
6111         unsigned long pfn, iter, found;
6112         int mt;
6113
6114         /*
6115          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6116          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6117          */
6118         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6119                 return false;
6120         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6121         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6122                 return false;
6123
6124         pfn = page_to_pfn(page);
6125         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6126                 unsigned long check = pfn + iter;
6127
6128                 if (!pfn_valid_within(check))
6129                         continue;
6130
6131                 page = pfn_to_page(check);
6132
6133                 /*
6134                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6135                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6136                  * handle each tail page individually in migration.
6137                  */
6138                 if (PageHuge(page)) {
6139                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6140                         continue;
6141                 }
6142
6143                 /*
6144                  * We can't use page_count without pin a page
6145                  * because another CPU can free compound page.
6146                  * This check already skips compound tails of THP
6147                  * because their page->_count is zero at all time.
6148                  */
6149                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6150                         if (PageBuddy(page))
6151                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6152                         continue;
6153                 }
6154
6155                 /*
6156                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6157                  * page_count() is not 0.
6158                  */
6159                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6160                         continue;
6161
6162                 if (!PageLRU(page))
6163                         found++;
6164                 /*
6165                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
6166                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
6167                  * and it still to be fixed.
6168                  */
6169                 /*
6170                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6171                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6172                  *
6173                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6174                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6175                  * page at boot.
6176                  */
6177                 if (found > count)
6178                         return true;
6179         }
6180         return false;
6181 }
6182
6183 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6184 {
6185         struct zone *zone;
6186         unsigned long pfn;
6187
6188         /*
6189          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6190          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6191          * the zone but still within the section.
6192          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6193          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6194          */
6195         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6196                 return false;
6197
6198         zone = page_zone(page);
6199         pfn = page_to_pfn(page);
6200         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6201                 return false;
6202
6203         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6204 }
6205
6206 #ifdef CONFIG_CMA
6207
6208 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6209 {
6210         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6211                              pageblock_nr_pages) - 1);
6212 }
6213
6214 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6215 {
6216         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6217                                 pageblock_nr_pages));
6218 }
6219
6220 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6221 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6222                                         unsigned long start, unsigned long end)
6223 {
6224         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6225         unsigned long nr_reclaimed;
6226         unsigned long pfn = start;
6227         unsigned int tries = 0;
6228         int ret = 0;
6229
6230         migrate_prep();
6231
6232         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6233                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6234                         ret = -EINTR;
6235                         break;
6236                 }
6237
6238                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6239                         cc->nr_migratepages = 0;
6240                         pfn = isolate_migratepages_range(cc->zone, cc,
6241                                                          pfn, end, true);
6242                         if (!pfn) {
6243                                 ret = -EINTR;
6244                                 break;
6245                         }
6246                         tries = 0;
6247                 } else if (++tries == 5) {
6248                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6249                         break;
6250                 }
6251
6252                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6253                                                         &cc->migratepages);
6254                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6255
6256                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6257                                     0, MIGRATE_SYNC, MR_CMA);
6258         }
6259         if (ret < 0) {
6260                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6261                 return ret;
6262         }
6263         return 0;
6264 }
6265
6266 /**
6267  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6268  * @start:      start PFN to allocate
6269  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6270  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6271  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6272  *                      in range must have the same migratetype and it must
6273  *                      be either of the two.
6274  *
6275  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6276  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6277  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6278  * pages fall in.
6279  *
6280  * The PFN range must belong to a single zone.
6281  *
6282  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6283  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6284  * need to be freed with free_contig_range().
6285  */
6286 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6287                        unsigned migratetype)
6288 {
6289         unsigned long outer_start, outer_end;
6290         int ret = 0, order;
6291
6292         struct compact_control cc = {
6293                 .nr_migratepages = 0,
6294                 .order = -1,
6295                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6296                 .sync = true,
6297                 .ignore_skip_hint = true,
6298         };
6299         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6300
6301         /*
6302          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6303          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6304          * have different sizes, and due to the way page allocator
6305          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6306          * that page allocator won't try to merge buddies from
6307          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6308          * other migration type.
6309          *
6310          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6311          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6312          * we are interested in).  This will put all the pages in
6313          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6314          *
6315          * When this is done, we take the pages in range from page
6316          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6317          * page allocator will never consider using them.
6318          *
6319          * This lets us mark the pageblocks back as
6320          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6321          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6322          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6323          */
6324
6325         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6326                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6327                                        false);
6328         if (ret)
6329                 return ret;
6330
6331         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6332         if (ret)
6333                 goto done;
6334
6335         /*
6336          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6337          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6338          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6339          * What we are going to do is to allocate all pages from
6340          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6341          *
6342          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6343          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6344          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6345          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6346          * once this is done free the pages we are not interested in.
6347          *
6348          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6349          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6350          */
6351
6352         lru_add_drain_all();
6353         drain_all_pages();
6354
6355         order = 0;
6356         outer_start = start;
6357         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6358                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6359                         ret = -EBUSY;
6360                         goto done;
6361                 }
6362                 outer_start &= ~0UL << order;
6363         }
6364
6365         /* Make sure the range is really isolated. */
6366         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6367                 pr_warn("alloc_contig_range test_pages_isolated(%lx, %lx) failed\n",
6368                        outer_start, end);
6369                 ret = -EBUSY;
6370                 goto done;
6371         }
6372
6373
6374         /* Grab isolated pages from freelists. */
6375         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6376         if (!outer_end) {
6377                 ret = -EBUSY;
6378                 goto done;
6379         }
6380
6381         /* Free head and tail (if any) */
6382         if (start != outer_start)
6383                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6384         if (end != outer_end)
6385                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6386
6387 done:
6388         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6389                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6390         return ret;
6391 }
6392
6393 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6394 {
6395         unsigned int count = 0;
6396
6397         for (; nr_pages--; pfn++) {
6398                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6399
6400                 count += page_count(page) != 1;
6401                 __free_page(page);
6402         }
6403         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6404 }
6405 #endif
6406
6407 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6408 /*
6409  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6410  * page high values need to be recalulated.
6411  */
6412 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6413 {
6414         unsigned cpu;
6415         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6416         for_each_possible_cpu(cpu)
6417                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6418                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6419         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6420 }
6421 #endif
6422
6423 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6424 {
6425         unsigned long flags;
6426         int cpu;
6427         struct per_cpu_pageset *pset;
6428
6429         /* avoid races with drain_pages()  */
6430         local_irq_save(flags);
6431         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6432                 for_each_online_cpu(cpu) {
6433                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6434                         drain_zonestat(zone, pset);
6435                 }
6436                 free_percpu(zone->pageset);
6437                 zone->pageset = &boot_pageset;
6438         }
6439         local_irq_restore(flags);
6440 }
6441
6442 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6443 /*
6444  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6445  */
6446 void
6447 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6448 {
6449         struct page *page;
6450         struct zone *zone;
6451         int order, i;
6452         unsigned long pfn;
6453         unsigned long flags;
6454         /* find the first valid pfn */
6455         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6456                 if (pfn_valid(pfn))
6457                         break;
6458         if (pfn == end_pfn)
6459                 return;
6460         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6461         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6462         pfn = start_pfn;
6463         while (pfn < end_pfn) {
6464                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6465                         pfn++;
6466                         continue;
6467                 }
6468                 page = pfn_to_page(pfn);
6469                 /*
6470                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6471                  * page_count() is not 0.
6472                  */
6473                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6474                         pfn++;
6475                         SetPageReserved(page);
6476                         continue;
6477                 }
6478
6479                 BUG_ON(page_count(page));
6480                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6481                 order = page_order(page);
6482 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6483                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6484                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6485 #endif
6486                 list_del(&page->lru);
6487                 rmv_page_order(page);
6488                 zone->free_area[order].nr_free--;
6489                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6490                         SetPageReserved((page+i));
6491                 pfn += (1 << order);
6492         }
6493         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6494 }
6495 #endif
6496
6497 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6498 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6499 {
6500         struct zone *zone = page_zone(page);
6501         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6502         unsigned long flags;
6503         int order;
6504
6505         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6506         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6507                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6508
6509                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6510                         break;
6511         }
6512         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6513
6514         return order < MAX_ORDER;
6515 }
6516 #endif
6517
6518 static const struct trace_print_flags pageflag_names[] = {
6519         {1UL << PG_locked,              "locked"        },
6520         {1UL << PG_error,               "error"         },
6521         {1UL << PG_referenced,          "referenced"    },
6522         {1UL << PG_uptodate,            "uptodate"      },
6523         {1UL << PG_dirty,               "dirty"         },
6524         {1UL << PG_lru,                 "lru"           },
6525         {1UL << PG_active,              "active"        },
6526         {1UL << PG_slab,                "slab"          },
6527         {1UL << PG_owner_priv_1,        "owner_priv_1"  },
6528         {1UL << PG_arch_1,              "arch_1"        },
6529         {1UL << PG_reserved,            "reserved"      },
6530         {1UL << PG_private,             "private"       },
6531         {1UL << PG_private_2,           "private_2"     },
6532         {1UL << PG_writeback,           "writeback"     },
6533 #ifdef CONFIG_PAGEFLAGS_EXTENDED
6534         {1UL << PG_head,                "head"          },
6535         {1UL << PG_tail,                "tail"          },
6536 #else
6537         {1UL << PG_compound,            "compound"      },
6538 #endif
6539         {1UL << PG_swapcache,           "swapcache"     },
6540         {1UL << PG_mappedtodisk,        "mappedtodisk"  },
6541         {1UL << PG_reclaim,             "reclaim"       },
6542         {1UL << PG_swapbacked,          "swapbacked"    },
6543         {1UL << PG_unevictable,         "unevictable"   },
6544 #ifdef CONFIG_MMU
6545         {1UL << PG_mlocked,             "mlocked"       },
6546 #endif
6547 #ifdef CONFIG_ARCH_USES_PG_UNCACHED
6548         {1UL << PG_uncached,            "uncached"      },
6549 #endif
6550 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6551         {1UL << PG_hwpoison,            "hwpoison"      },
6552 #endif
6553 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6554         {1UL << PG_compound_lock,       "compound_lock" },
6555 #endif
6556 };
6557
6558 static void dump_page_flags(unsigned long flags)
6559 {
6560         const char *delim = "";
6561         unsigned long mask;
6562         int i;
6563
6564         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(pageflag_names) != __NR_PAGEFLAGS);
6565
6566         printk(KERN_ALERT "page flags: %#lx(", flags);
6567
6568         /* remove zone id */
6569         flags &= (1UL << NR_PAGEFLAGS) - 1;
6570
6571         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pageflag_names) && flags; i++) {
6572
6573                 mask = pageflag_names[i].mask;
6574                 if ((flags & mask) != mask)
6575                         continue;
6576
6577                 flags &= ~mask;
6578                 printk("%s%s", delim, pageflag_names[i].name);
6579                 delim = "|";
6580         }
6581
6582         /* check for left over flags */
6583         if (flags)
6584                 printk("%s%#lx", delim, flags);
6585
6586         printk(")\n");
6587 }
6588
6589 void dump_page_badflags(struct page *page, char *reason, unsigned long badflags)
6590 {
6591         printk(KERN_ALERT
6592                "page:%p count:%d mapcount:%d mapping:%p index:%#lx\n",
6593                 page, atomic_read(&page->_count), page_mapcount(page),
6594                 page->mapping, page->index);
6595         dump_page_flags(page->flags);
6596         if (reason)
6597                 pr_alert("page dumped because: %s\n", reason);
6598         if (page->flags & badflags) {
6599                 pr_alert("bad because of flags:\n");
6600                 dump_page_flags(page->flags & badflags);
6601         }
6602         mem_cgroup_print_bad_page(page);
6603 }
6604
6605 void dump_page(struct page *page, char *reason)
6606 {
6607         dump_page_badflags(page, reason, 0);
6608 }
6609 EXPORT_SYMBOL_GPL(dump_page);