GNU Linux-libre 4.4.294-gnu1
[releases.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65
66 #include <asm/sections.h>
67 #include <asm/tlbflush.h>
68 #include <asm/div64.h>
69 #include "internal.h"
70
71 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
72 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
73 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
74
75 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
76 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
77 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
78 #endif
79
80 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
81 /*
82  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
83  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
84  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
85  * defined in <linux/topology.h>.
86  */
87 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
88 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
89 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
90 #endif
91
92 /*
93  * Array of node states.
94  */
95 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
96         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
97         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifndef CONFIG_NUMA
99         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
101         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
104         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif
106         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif  /* NUMA */
108 };
109 EXPORT_SYMBOL(node_states);
110
111 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
112 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
113
114 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
117 /*
118  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
119  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
120  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
121  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
122  */
123 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
124
125 int percpu_pagelist_fraction;
126 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
127
128 /*
129  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
130  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
131  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
132  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
133  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
134  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
135  */
136 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
137 {
138         return page->index;
139 }
140
141 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
142 {
143         page->index = migratetype;
144 }
145
146 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
147 /*
148  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
149  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
150  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
151  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
152  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
153  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
154  */
155
156 static gfp_t saved_gfp_mask;
157
158 void pm_restore_gfp_mask(void)
159 {
160         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
161         if (saved_gfp_mask) {
162                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
163                 saved_gfp_mask = 0;
164         }
165 }
166
167 void pm_restrict_gfp_mask(void)
168 {
169         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
170         WARN_ON(saved_gfp_mask);
171         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
172         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
173 }
174
175 bool pm_suspended_storage(void)
176 {
177         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
178                 return false;
179         return true;
180 }
181 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
182
183 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
184 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
185 #endif
186
187 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
188
189 /*
190  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
191  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
192  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
193  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
194  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
195  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
196  *
197  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
198  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
199  */
200 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
202          256,
203 #endif
204 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
205          256,
206 #endif
207 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
208          32,
209 #endif
210          32,
211 };
212
213 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
214
215 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
216 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
217          "DMA",
218 #endif
219 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
220          "DMA32",
221 #endif
222          "Normal",
223 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
224          "HighMem",
225 #endif
226          "Movable",
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
228          "Device",
229 #endif
230 };
231
232 static void free_compound_page(struct page *page);
233 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
234         NULL,
235         free_compound_page,
236 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
237         free_huge_page,
238 #endif
239 };
240
241 int min_free_kbytes = 1024;
242 int user_min_free_kbytes = -1;
243
244 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
245 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
246 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
247
248 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
249 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
250 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
251 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
252 static unsigned long __initdata required_movablecore;
253 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
254
255 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
256 int movable_zone;
257 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
258 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
259
260 #if MAX_NUMNODES > 1
261 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
262 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
263 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
264 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
265 #endif
266
267 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
268
269 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
270
271 /*
272  * Determine how many pages need to be initialized durig early boot
273  * (non-deferred initialization).
274  * The value of first_deferred_pfn will be set later, once non-deferred pages
275  * are initialized, but for now set it ULONG_MAX.
276  */
277 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
278 {
279         phys_addr_t start_addr, end_addr;
280         unsigned long max_pgcnt;
281         unsigned long reserved;
282
283         /*
284          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
285          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
286          */
287         max_pgcnt = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
288                         (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
289
290         /*
291          * Compensate the all the memblock reservations (e.g. crash kernel)
292          * from the initial estimation to make sure we will initialize enough
293          * memory to boot.
294          */
295         start_addr = PFN_PHYS(pgdat->node_start_pfn);
296         end_addr = PFN_PHYS(pgdat->node_start_pfn + max_pgcnt);
297         reserved = memblock_reserved_memory_within(start_addr, end_addr);
298         max_pgcnt += PHYS_PFN(reserved);
299
300         pgdat->static_init_pgcnt = min(max_pgcnt, pgdat->node_spanned_pages);
301         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
302 }
303
304 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
305 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
306 {
307         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
308
309         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
310                 return true;
311
312         return false;
313 }
314
315 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
316 {
317         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
318                 return true;
319
320         return false;
321 }
322
323 /*
324  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
325  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
326  */
327 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
328                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
329                                 unsigned long *nr_initialised)
330 {
331         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
332         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
333                 return true;
334         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
335         (*nr_initialised)++;
336         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
337             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
338                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
339                 return false;
340         }
341
342         return true;
343 }
344 #else
345 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
346 {
347 }
348
349 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
350 {
351         return false;
352 }
353
354 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
355 {
356         return false;
357 }
358
359 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
360                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
361                                 unsigned long *nr_initialised)
362 {
363         return true;
364 }
365 #endif
366
367
368 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
369 {
370         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
371                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
372                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
373
374         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
375                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
376 }
377
378 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
379 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
380 {
381         int ret = 0;
382         unsigned seq;
383         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
384         unsigned long sp, start_pfn;
385
386         do {
387                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
388                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
389                 sp = zone->spanned_pages;
390                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
391                         ret = 1;
392         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
393
394         if (ret)
395                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
396                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
397                         start_pfn, start_pfn + sp);
398
399         return ret;
400 }
401
402 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
403 {
404         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
405                 return 0;
406         if (zone != page_zone(page))
407                 return 0;
408
409         return 1;
410 }
411 /*
412  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
413  */
414 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
415 {
416         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
417                 return 1;
418         if (!page_is_consistent(zone, page))
419                 return 1;
420
421         return 0;
422 }
423 #else
424 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
425 {
426         return 0;
427 }
428 #endif
429
430 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
431                 unsigned long bad_flags)
432 {
433         static unsigned long resume;
434         static unsigned long nr_shown;
435         static unsigned long nr_unshown;
436
437         /* Don't complain about poisoned pages */
438         if (PageHWPoison(page)) {
439                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
440                 return;
441         }
442
443         /*
444          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
445          * or allow a steady drip of one report per second.
446          */
447         if (nr_shown == 60) {
448                 if (time_before(jiffies, resume)) {
449                         nr_unshown++;
450                         goto out;
451                 }
452                 if (nr_unshown) {
453                         printk(KERN_ALERT
454                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
455                                 nr_unshown);
456                         nr_unshown = 0;
457                 }
458                 nr_shown = 0;
459         }
460         if (nr_shown++ == 0)
461                 resume = jiffies + 60 * HZ;
462
463         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
464                 current->comm, page_to_pfn(page));
465         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
466
467         print_modules();
468         dump_stack();
469 out:
470         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
471         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
472         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
473 }
474
475 /*
476  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
477  *
478  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
479  *
480  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
481  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
482  *
483  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
484  * page destructors. See compound_page_dtors.
485  *
486  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
487  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
488  */
489
490 static void free_compound_page(struct page *page)
491 {
492         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
493 }
494
495 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
496 {
497         int i;
498         int nr_pages = 1 << order;
499
500         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
501         set_compound_order(page, order);
502         __SetPageHead(page);
503         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
504                 struct page *p = page + i;
505                 set_page_count(p, 0);
506                 set_compound_head(p, page);
507         }
508 }
509
510 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
511 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
512 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
513 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
514
515 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
516 {
517         if (!buf)
518                 return -EINVAL;
519
520         if (strcmp(buf, "on") == 0)
521                 _debug_pagealloc_enabled = true;
522
523         return 0;
524 }
525 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
526
527 static bool need_debug_guardpage(void)
528 {
529         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return false;
532
533         return true;
534 }
535
536 static void init_debug_guardpage(void)
537 {
538         if (!debug_pagealloc_enabled())
539                 return;
540
541         _debug_guardpage_enabled = true;
542 }
543
544 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
545         .need = need_debug_guardpage,
546         .init = init_debug_guardpage,
547 };
548
549 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
550 {
551         unsigned long res;
552
553         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
554                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
555                 return 0;
556         }
557         _debug_guardpage_minorder = res;
558         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
559         return 0;
560 }
561 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
562
563 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         if (unlikely(!page_ext))
573                 return;
574
575         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
576
577         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
578         set_page_private(page, order);
579         /* Guard pages are not available for any usage */
580         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
581 }
582
583 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
584                                 unsigned int order, int migratetype)
585 {
586         struct page_ext *page_ext;
587
588         if (!debug_guardpage_enabled())
589                 return;
590
591         page_ext = lookup_page_ext(page);
592         if (unlikely(!page_ext))
593                 return;
594
595         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
596
597         set_page_private(page, 0);
598         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
599                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
600 }
601 #else
602 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
603 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
604                                 unsigned int order, int migratetype) {}
605 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
606                                 unsigned int order, int migratetype) {}
607 #endif
608
609 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
610 {
611         set_page_private(page, order);
612         __SetPageBuddy(page);
613 }
614
615 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
616 {
617         __ClearPageBuddy(page);
618         set_page_private(page, 0);
619 }
620
621 /*
622  * This function checks whether a page is free && is the buddy
623  * we can do coalesce a page and its buddy if
624  * (a) the buddy is not in a hole &&
625  * (b) the buddy is in the buddy system &&
626  * (c) a page and its buddy have the same order &&
627  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
628  *
629  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
630  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
631  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
632  * serialized by zone->lock.
633  *
634  * For recording page's order, we use page_private(page).
635  */
636 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
637                                                         unsigned int order)
638 {
639         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
640                 return 0;
641
642         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
643                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
644                         return 0;
645
646                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
647
648                 return 1;
649         }
650
651         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
652                 /*
653                  * zone check is done late to avoid uselessly
654                  * calculating zone/node ids for pages that could
655                  * never merge.
656                  */
657                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
658                         return 0;
659
660                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
661
662                 return 1;
663         }
664         return 0;
665 }
666
667 /*
668  * Freeing function for a buddy system allocator.
669  *
670  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
671  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
672  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
673  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
674  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
675  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
676  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
677  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
678  * parts of the VM system.
679  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
680  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
681  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
682  * field.
683  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
684  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
685  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
686  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
687  * triggers coalescing into a block of larger size.
688  *
689  * -- nyc
690  */
691
692 static inline void __free_one_page(struct page *page,
693                 unsigned long pfn,
694                 struct zone *zone, unsigned int order,
695                 int migratetype)
696 {
697         unsigned long page_idx;
698         unsigned long combined_idx;
699         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
700         struct page *buddy;
701         unsigned int max_order;
702
703         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER - 1, pageblock_order);
704
705         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
706         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
707
708         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
709         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
710                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
711
712         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
713
714         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
715         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
716
717 continue_merging:
718         while (order < max_order) {
719                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
720                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
721                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
722                         goto done_merging;
723                 /*
724                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
725                  * merge with it and move up one order.
726                  */
727                 if (page_is_guard(buddy)) {
728                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
729                 } else {
730                         list_del(&buddy->lru);
731                         zone->free_area[order].nr_free--;
732                         rmv_page_order(buddy);
733                 }
734                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
735                 page = page + (combined_idx - page_idx);
736                 page_idx = combined_idx;
737                 order++;
738         }
739         if (order < MAX_ORDER - 1) {
740                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
741                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
742                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
743                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
744                  *
745                  * We don't want to hit this code for the more frequent
746                  * low-order merging.
747                  */
748                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
749                         int buddy_mt;
750
751                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
752                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
753                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
754
755                         if (migratetype != buddy_mt
756                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
757                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
758                                 goto done_merging;
759                 }
760                 max_order = order + 1;
761                 goto continue_merging;
762         }
763
764 done_merging:
765         set_page_order(page, order);
766
767         /*
768          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
769          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
770          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
771          * that is happening, add the free page to the tail of the list
772          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
773          * as a higher order page
774          */
775         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
776                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
777                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
778                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
779                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
780                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
781                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
782                         list_add_tail(&page->lru,
783                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
784                         goto out;
785                 }
786         }
787
788         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
789 out:
790         zone->free_area[order].nr_free++;
791 }
792
793 static inline int free_pages_check(struct page *page)
794 {
795         const char *bad_reason = NULL;
796         unsigned long bad_flags = 0;
797
798         if (unlikely(page_mapcount(page)))
799                 bad_reason = "nonzero mapcount";
800         if (unlikely(page->mapping != NULL))
801                 bad_reason = "non-NULL mapping";
802         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
803                 bad_reason = "nonzero _count";
804         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
805                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
806                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
807         }
808 #ifdef CONFIG_MEMCG
809         if (unlikely(page->mem_cgroup))
810                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
811 #endif
812         if (unlikely(bad_reason)) {
813                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
814                 return 1;
815         }
816         page_cpupid_reset_last(page);
817         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
818                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
819         return 0;
820 }
821
822 /*
823  * Frees a number of pages from the PCP lists
824  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
825  * count is the number of pages to free.
826  *
827  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
828  * see if this freeing clears that state.
829  *
830  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
831  * pinned" detection logic.
832  */
833 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
834                                         struct per_cpu_pages *pcp)
835 {
836         int migratetype = 0;
837         int batch_free = 0;
838         unsigned long nr_scanned;
839
840         spin_lock(&zone->lock);
841         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
842         if (nr_scanned)
843                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
844
845         /*
846          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
847          * below while (list_empty(list)) loop.
848          */
849         count = min(pcp->count, count);
850         while (count) {
851                 struct page *page;
852                 struct list_head *list;
853
854                 /*
855                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
856                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
857                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
858                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
859                  * lists
860                  */
861                 do {
862                         batch_free++;
863                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
864                                 migratetype = 0;
865                         list = &pcp->lists[migratetype];
866                 } while (list_empty(list));
867
868                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
869                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
870                         batch_free = count;
871
872                 do {
873                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
874
875                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
876                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
877                         list_del(&page->lru);
878
879                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
880                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
881                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
882                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
883                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
884                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
885
886                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
887                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
888                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
889         }
890         spin_unlock(&zone->lock);
891 }
892
893 static void free_one_page(struct zone *zone,
894                                 struct page *page, unsigned long pfn,
895                                 unsigned int order,
896                                 int migratetype)
897 {
898         unsigned long nr_scanned;
899         spin_lock(&zone->lock);
900         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
901         if (nr_scanned)
902                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
903
904         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
905                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
906                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
907         }
908         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
909         spin_unlock(&zone->lock);
910 }
911
912 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
913 {
914         int ret = 1;
915
916         /*
917          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
918          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
919          */
920         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
921
922         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
923                 ret = 0;
924                 goto out;
925         }
926         if (unlikely(!PageTail(page))) {
927                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
928                 goto out;
929         }
930         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
931                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
932                 goto out;
933         }
934         ret = 0;
935 out:
936         clear_compound_head(page);
937         return ret;
938 }
939
940 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
941                                 unsigned long zone, int nid)
942 {
943         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
944         init_page_count(page);
945         page_mapcount_reset(page);
946         page_cpupid_reset_last(page);
947
948         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
949 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
950         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
951         if (!is_highmem_idx(zone))
952                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
953 #endif
954 }
955
956 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
957                                         int nid)
958 {
959         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
960 }
961
962 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
963 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
964 {
965         pg_data_t *pgdat;
966         int nid, zid;
967
968         if (!early_page_uninitialised(pfn))
969                 return;
970
971         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
972         pgdat = NODE_DATA(nid);
973
974         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
975                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
976
977                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
978                         break;
979         }
980         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
981 }
982 #else
983 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
984 {
985 }
986 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
987
988 /*
989  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
990  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
991  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
992  * sent to the buddy page allocator.
993  */
994 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
995 {
996         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
997         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
998
999         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1000                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1001                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1002
1003                         init_reserved_page(start_pfn);
1004
1005                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1006                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1007
1008                         SetPageReserved(page);
1009                 }
1010         }
1011 }
1012
1013 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1014 {
1015         bool compound = PageCompound(page);
1016         int i, bad = 0;
1017
1018         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1019         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1020
1021         trace_mm_page_free(page, order);
1022         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1023         kasan_free_pages(page, order);
1024
1025         if (PageAnon(page))
1026                 page->mapping = NULL;
1027         bad += free_pages_check(page);
1028         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1029                 if (compound)
1030                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1031                 bad += free_pages_check(page + i);
1032         }
1033         if (bad)
1034                 return false;
1035
1036         reset_page_owner(page, order);
1037
1038         if (!PageHighMem(page)) {
1039                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1040                                            PAGE_SIZE << order);
1041                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1042                                            PAGE_SIZE << order);
1043         }
1044         arch_free_page(page, order);
1045         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1046
1047         return true;
1048 }
1049
1050 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1051 {
1052         unsigned long flags;
1053         int migratetype;
1054         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1055
1056         if (!free_pages_prepare(page, order))
1057                 return;
1058
1059         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1060         local_irq_save(flags);
1061         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1062         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1063         local_irq_restore(flags);
1064 }
1065
1066 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1067                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1068 {
1069         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1070         struct page *p = page;
1071         unsigned int loop;
1072
1073         prefetchw(p);
1074         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1075                 prefetchw(p + 1);
1076                 __ClearPageReserved(p);
1077                 set_page_count(p, 0);
1078         }
1079         __ClearPageReserved(p);
1080         set_page_count(p, 0);
1081
1082         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1083         set_page_refcounted(page);
1084         __free_pages(page, order);
1085 }
1086
1087 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1088         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1089
1090 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1091
1092 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1093 {
1094         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1095         int nid;
1096
1097         spin_lock(&early_pfn_lock);
1098         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1099         if (nid < 0)
1100                 nid = first_online_node;
1101         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1102
1103         return nid;
1104 }
1105 #endif
1106
1107 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1108 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1109                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1110 {
1111         int nid;
1112
1113         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1114         if (nid >= 0 && nid != node)
1115                 return false;
1116         return true;
1117 }
1118
1119 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1120 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1121 {
1122         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1123 }
1124
1125 #else
1126
1127 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1128 {
1129         return true;
1130 }
1131 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1132                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1133 {
1134         return true;
1135 }
1136 #endif
1137
1138
1139 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1140                                                         unsigned int order)
1141 {
1142         if (early_page_uninitialised(pfn))
1143                 return;
1144         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1145 }
1146
1147 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1148 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1149                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1150 {
1151         int i;
1152
1153         if (!page)
1154                 return;
1155
1156         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1157         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1158             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1159                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1160                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1161                 return;
1162         }
1163
1164         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1165                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1166 }
1167
1168 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1169 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1170 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1171
1172 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1173 {
1174         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1175                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1176 }
1177
1178 /* Initialise remaining memory on a node */
1179 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1180 {
1181         pg_data_t *pgdat = data;
1182         int nid = pgdat->node_id;
1183         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1184         unsigned long start = jiffies;
1185         unsigned long nr_pages = 0;
1186         unsigned long walk_start, walk_end;
1187         int i, zid;
1188         struct zone *zone;
1189         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1190         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1191
1192         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1193                 pgdat_init_report_one_done();
1194                 return 0;
1195         }
1196
1197         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1198         if (!cpumask_empty(cpumask))
1199                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1200
1201         /* Sanity check boundaries */
1202         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1203         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1204         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1205
1206         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1207         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1208                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1209                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1210                         break;
1211         }
1212
1213         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1214                 unsigned long pfn, end_pfn;
1215                 struct page *page = NULL;
1216                 struct page *free_base_page = NULL;
1217                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1218                 int nr_to_free = 0;
1219
1220                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1221                 pfn = first_init_pfn;
1222                 if (pfn < walk_start)
1223                         pfn = walk_start;
1224                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1225                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1226
1227                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1228                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1229                                 goto free_range;
1230
1231                         /*
1232                          * Ensure pfn_valid is checked every
1233                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1234                          */
1235                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1236                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1237                                         page = NULL;
1238                                         goto free_range;
1239                                 }
1240                         }
1241
1242                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1243                                 page = NULL;
1244                                 goto free_range;
1245                         }
1246
1247                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1248                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1249                                 page++;
1250                         } else {
1251                                 nr_pages += nr_to_free;
1252                                 deferred_free_range(free_base_page,
1253                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1254                                 free_base_page = NULL;
1255                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1256
1257                                 page = pfn_to_page(pfn);
1258                                 cond_resched();
1259                         }
1260
1261                         if (page->flags) {
1262                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1263                                 goto free_range;
1264                         }
1265
1266                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1267                         if (!free_base_page) {
1268                                 free_base_page = page;
1269                                 free_base_pfn = pfn;
1270                                 nr_to_free = 0;
1271                         }
1272                         nr_to_free++;
1273
1274                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1275                         continue;
1276 free_range:
1277                         /* Free the current block of pages to allocator */
1278                         nr_pages += nr_to_free;
1279                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1280                                                                 nr_to_free);
1281                         free_base_page = NULL;
1282                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1283                 }
1284
1285                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1286         }
1287
1288         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1289         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1290
1291         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1292                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1293
1294         pgdat_init_report_one_done();
1295         return 0;
1296 }
1297
1298 void __init page_alloc_init_late(void)
1299 {
1300         int nid;
1301
1302         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1303         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1304         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1305                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1306         }
1307
1308         /* Block until all are initialised */
1309         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1310
1311         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1312         files_maxfiles_init();
1313 }
1314 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1315
1316 #ifdef CONFIG_CMA
1317 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1318 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1319 {
1320         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1321         struct page *p = page;
1322
1323         do {
1324                 __ClearPageReserved(p);
1325                 set_page_count(p, 0);
1326         } while (++p, --i);
1327
1328         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1329
1330         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1331                 i = pageblock_nr_pages;
1332                 p = page;
1333                 do {
1334                         set_page_refcounted(p);
1335                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1336                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1337                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1338         } else {
1339                 set_page_refcounted(page);
1340                 __free_pages(page, pageblock_order);
1341         }
1342
1343         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1344 }
1345 #endif
1346
1347 /*
1348  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1349  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1350  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1351  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1352  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1353  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1354  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1355  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1356  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1357  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1358  *
1359  * -- nyc
1360  */
1361 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1362         int low, int high, struct free_area *area,
1363         int migratetype)
1364 {
1365         unsigned long size = 1 << high;
1366
1367         while (high > low) {
1368                 area--;
1369                 high--;
1370                 size >>= 1;
1371                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1372
1373                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1374                         debug_guardpage_enabled() &&
1375                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1376                         /*
1377                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1378                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1379                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1380                          * pages will stay not present in virtual address space
1381                          */
1382                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1383                         continue;
1384                 }
1385                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1386                 area->nr_free++;
1387                 set_page_order(&page[size], high);
1388         }
1389 }
1390
1391 /*
1392  * This page is about to be returned from the page allocator
1393  */
1394 static inline int check_new_page(struct page *page)
1395 {
1396         const char *bad_reason = NULL;
1397         unsigned long bad_flags = 0;
1398
1399         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1400                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1401         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1402                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1403         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1404                 bad_reason = "nonzero _count";
1405         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1406                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1407                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1408         }
1409         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1410                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1411                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1412         }
1413 #ifdef CONFIG_MEMCG
1414         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1415                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1416 #endif
1417         if (unlikely(bad_reason)) {
1418                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1419                 return 1;
1420         }
1421         return 0;
1422 }
1423
1424 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1425                                                                 int alloc_flags)
1426 {
1427         int i;
1428
1429         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1430                 struct page *p = page + i;
1431                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1432                         return 1;
1433         }
1434
1435         set_page_private(page, 0);
1436         set_page_refcounted(page);
1437
1438         arch_alloc_page(page, order);
1439         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1440         kasan_alloc_pages(page, order);
1441
1442         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1443                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1444                         clear_highpage(page + i);
1445
1446         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1447                 prep_compound_page(page, order);
1448
1449         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1450
1451         /*
1452          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1453          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1454          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1455          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1456          */
1457         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1458                 set_page_pfmemalloc(page);
1459         else
1460                 clear_page_pfmemalloc(page);
1461
1462         return 0;
1463 }
1464
1465 /*
1466  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1467  * the smallest available page from the freelists
1468  */
1469 static inline
1470 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1471                                                 int migratetype)
1472 {
1473         unsigned int current_order;
1474         struct free_area *area;
1475         struct page *page;
1476
1477         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1478         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1479                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1480                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1481                         continue;
1482
1483                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1484                                                         struct page, lru);
1485                 list_del(&page->lru);
1486                 rmv_page_order(page);
1487                 area->nr_free--;
1488                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1489                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1490                 return page;
1491         }
1492
1493         return NULL;
1494 }
1495
1496
1497 /*
1498  * This array describes the order lists are fallen back to when
1499  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1500  */
1501 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1502         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1503         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1504         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1505 #ifdef CONFIG_CMA
1506         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1507 #endif
1508 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1509         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1510 #endif
1511 };
1512
1513 #ifdef CONFIG_CMA
1514 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1515                                         unsigned int order)
1516 {
1517         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1518 }
1519 #else
1520 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1521                                         unsigned int order) { return NULL; }
1522 #endif
1523
1524 /*
1525  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1526  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1527  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1528  */
1529 int move_freepages(struct zone *zone,
1530                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1531                           int migratetype)
1532 {
1533         struct page *page;
1534         unsigned int order;
1535         int pages_moved = 0;
1536
1537 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1538         /*
1539          * page_zone is not safe to call in this context when
1540          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1541          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1542          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1543          * grouping pages by mobility
1544          */
1545         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1546 #endif
1547
1548         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1549                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1550                         page++;
1551                         continue;
1552                 }
1553
1554                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1555                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1556
1557                 if (!PageBuddy(page)) {
1558                         page++;
1559                         continue;
1560                 }
1561
1562                 order = page_order(page);
1563                 list_move(&page->lru,
1564                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1565                 page += 1 << order;
1566                 pages_moved += 1 << order;
1567         }
1568
1569         return pages_moved;
1570 }
1571
1572 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1573                                 int migratetype)
1574 {
1575         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1576         struct page *start_page, *end_page;
1577
1578         start_pfn = page_to_pfn(page);
1579         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1580         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1581         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1582         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1583
1584         /* Do not cross zone boundaries */
1585         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1586                 start_page = page;
1587         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1588                 return 0;
1589
1590         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1591 }
1592
1593 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1594                                         int start_order, int migratetype)
1595 {
1596         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1597
1598         while (nr_pageblocks--) {
1599                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1600                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1601         }
1602 }
1603
1604 /*
1605  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1606  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1607  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1608  *
1609  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1610  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1611  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1612  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1613  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1614  * pageblocks.
1615  */
1616 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1617 {
1618         /*
1619          * Leaving this order check is intended, although there is
1620          * relaxed order check in next check. The reason is that
1621          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1622          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1623          * so could be changed anytime.
1624          */
1625         if (order >= pageblock_order)
1626                 return true;
1627
1628         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1629                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1630                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1631                 page_group_by_mobility_disabled)
1632                 return true;
1633
1634         return false;
1635 }
1636
1637 /*
1638  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1639  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1640  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1641  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1642  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1643  */
1644 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1645                                                           int start_type)
1646 {
1647         unsigned int current_order = page_order(page);
1648         int pages;
1649
1650         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1651         if (current_order >= pageblock_order) {
1652                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1653                 return;
1654         }
1655
1656         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1657
1658         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1659         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1660                         page_group_by_mobility_disabled)
1661                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1662 }
1663
1664 /*
1665  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1666  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1667  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1668  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1669  */
1670 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1671                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1672 {
1673         int i;
1674         int fallback_mt;
1675
1676         if (area->nr_free == 0)
1677                 return -1;
1678
1679         *can_steal = false;
1680         for (i = 0;; i++) {
1681                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1682                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1683                         break;
1684
1685                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1686                         continue;
1687
1688                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1689                         *can_steal = true;
1690
1691                 if (!only_stealable)
1692                         return fallback_mt;
1693
1694                 if (*can_steal)
1695                         return fallback_mt;
1696         }
1697
1698         return -1;
1699 }
1700
1701 /*
1702  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1703  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1704  */
1705 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1706                                 unsigned int alloc_order)
1707 {
1708         int mt;
1709         unsigned long max_managed, flags;
1710
1711         /*
1712          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1713          * Check is race-prone but harmless.
1714          */
1715         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1716         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1717                 return;
1718
1719         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1720
1721         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1722         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1723                 goto out_unlock;
1724
1725         /* Yoink! */
1726         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1727         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1728                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1729                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1730                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1731                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1732         }
1733
1734 out_unlock:
1735         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1736 }
1737
1738 /*
1739  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1740  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1741  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1742  * to recover from than an OOM.
1743  */
1744 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1745 {
1746         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1747         unsigned long flags;
1748         struct zoneref *z;
1749         struct zone *zone;
1750         struct page *page;
1751         int order;
1752
1753         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1754                                                                 ac->nodemask) {
1755                 /* Preserve at least one pageblock */
1756                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1757                         continue;
1758
1759                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1760                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1761                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1762
1763                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1764                                 continue;
1765
1766                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1767                                                 struct page, lru);
1768
1769                         /*
1770                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1771                          * we can counter several free pages in a pageblock
1772                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
1773                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1774                          * adjust the count once.
1775                          */
1776                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
1777                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
1778                                 /*
1779                                  * It should never happen but changes to
1780                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1781                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1782                                  * while unreserving so be safe and watch for
1783                                  * underflows.
1784                                  */
1785                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1786                                                 pageblock_nr_pages,
1787                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1788                         }
1789
1790                         /*
1791                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1792                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1793                          * is doing the work and needs the pages. More
1794                          * importantly, if the block was always converted to
1795                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1796                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1797                          * may increase.
1798                          */
1799                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1800                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1801                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1802                         return;
1803                 }
1804                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1805         }
1806 }
1807
1808 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1809 static inline struct page *
1810 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1811 {
1812         struct free_area *area;
1813         unsigned int current_order;
1814         struct page *page;
1815         int fallback_mt;
1816         bool can_steal;
1817
1818         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1819         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1820                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1821                                 --current_order) {
1822                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1823                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1824                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1825                 if (fallback_mt == -1)
1826                         continue;
1827
1828                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1829                                                 struct page, lru);
1830                 if (can_steal)
1831                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1832
1833                 /* Remove the page from the freelists */
1834                 area->nr_free--;
1835                 list_del(&page->lru);
1836                 rmv_page_order(page);
1837
1838                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1839                                         start_migratetype);
1840                 /*
1841                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1842                  * migratetype depending on the decisions in
1843                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1844                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1845                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1846                  */
1847                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1848
1849                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1850                         start_migratetype, fallback_mt);
1851
1852                 return page;
1853         }
1854
1855         return NULL;
1856 }
1857
1858 /*
1859  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1860  * Call me with the zone->lock already held.
1861  */
1862 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1863                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1864 {
1865         struct page *page;
1866
1867         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1868         if (unlikely(!page)) {
1869                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1870                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1871
1872                 if (!page)
1873                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1874         }
1875
1876         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1877         return page;
1878 }
1879
1880 /*
1881  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1882  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1883  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1884  */
1885 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1886                         unsigned long count, struct list_head *list,
1887                         int migratetype, bool cold)
1888 {
1889         int i;
1890
1891         spin_lock(&zone->lock);
1892         for (i = 0; i < count; ++i) {
1893                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1894                 if (unlikely(page == NULL))
1895                         break;
1896
1897                 /*
1898                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1899                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1900                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1901                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1902                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1903                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1904                  * properly.
1905                  */
1906                 if (likely(!cold))
1907                         list_add(&page->lru, list);
1908                 else
1909                         list_add_tail(&page->lru, list);
1910                 list = &page->lru;
1911                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1912                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1913                                               -(1 << order));
1914         }
1915         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1916         spin_unlock(&zone->lock);
1917         return i;
1918 }
1919
1920 #ifdef CONFIG_NUMA
1921 /*
1922  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1923  * currently executing processor on remote nodes after they have
1924  * expired.
1925  *
1926  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1927  * a single processor.
1928  */
1929 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1930 {
1931         unsigned long flags;
1932         int to_drain, batch;
1933
1934         local_irq_save(flags);
1935         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1936         to_drain = min(pcp->count, batch);
1937         if (to_drain > 0) {
1938                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1939                 pcp->count -= to_drain;
1940         }
1941         local_irq_restore(flags);
1942 }
1943 #endif
1944
1945 /*
1946  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1947  *
1948  * The processor must either be the current processor and the
1949  * thread pinned to the current processor or a processor that
1950  * is not online.
1951  */
1952 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1953 {
1954         unsigned long flags;
1955         struct per_cpu_pageset *pset;
1956         struct per_cpu_pages *pcp;
1957
1958         local_irq_save(flags);
1959         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1960
1961         pcp = &pset->pcp;
1962         if (pcp->count) {
1963                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1964                 pcp->count = 0;
1965         }
1966         local_irq_restore(flags);
1967 }
1968
1969 /*
1970  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1971  *
1972  * The processor must either be the current processor and the
1973  * thread pinned to the current processor or a processor that
1974  * is not online.
1975  */
1976 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1977 {
1978         struct zone *zone;
1979
1980         for_each_populated_zone(zone) {
1981                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1982         }
1983 }
1984
1985 /*
1986  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1987  *
1988  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1989  * the single zone's pages.
1990  */
1991 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1992 {
1993         int cpu = smp_processor_id();
1994
1995         if (zone)
1996                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1997         else
1998                 drain_pages(cpu);
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2003  *
2004  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2005  *
2006  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2007  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2008  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2009  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2010  * before the call to on_each_cpu_mask().
2011  */
2012 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2013 {
2014         int cpu;
2015
2016         /*
2017          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2018          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2019          */
2020         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2021
2022         /*
2023          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2024          * as offline notification will cause the notified
2025          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2026          * disables preemption as part of its processing
2027          */
2028         for_each_online_cpu(cpu) {
2029                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2030                 struct zone *z;
2031                 bool has_pcps = false;
2032
2033                 if (zone) {
2034                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2035                         if (pcp->pcp.count)
2036                                 has_pcps = true;
2037                 } else {
2038                         for_each_populated_zone(z) {
2039                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2040                                 if (pcp->pcp.count) {
2041                                         has_pcps = true;
2042                                         break;
2043                                 }
2044                         }
2045                 }
2046
2047                 if (has_pcps)
2048                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2049                 else
2050                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2051         }
2052         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2053                                                                 zone, 1);
2054 }
2055
2056 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2057
2058 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2059 {
2060         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2061         unsigned long flags;
2062         unsigned int order, t;
2063         struct list_head *curr;
2064
2065         if (zone_is_empty(zone))
2066                 return;
2067
2068         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2069
2070         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2071         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2072                 if (pfn_valid(pfn)) {
2073                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2074
2075                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2076                                 swsusp_unset_page_free(page);
2077                 }
2078
2079         for_each_migratetype_order(order, t) {
2080                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2081                         unsigned long i;
2082
2083                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2084                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2085                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2086                 }
2087         }
2088         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2089 }
2090 #endif /* CONFIG_PM */
2091
2092 /*
2093  * Free a 0-order page
2094  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2095  */
2096 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2097 {
2098         struct zone *zone = page_zone(page);
2099         struct per_cpu_pages *pcp;
2100         unsigned long flags;
2101         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2102         int migratetype;
2103
2104         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2105                 return;
2106
2107         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2108         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2109         local_irq_save(flags);
2110         __count_vm_event(PGFREE);
2111
2112         /*
2113          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2114          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2115          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2116          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2117          * excessively into the page allocator
2118          */
2119         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2120                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2121                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2122                         goto out;
2123                 }
2124                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2125         }
2126
2127         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2128         if (!cold)
2129                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2130         else
2131                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2132         pcp->count++;
2133         if (pcp->count >= pcp->high) {
2134                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2135                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2136                 pcp->count -= batch;
2137         }
2138
2139 out:
2140         local_irq_restore(flags);
2141 }
2142
2143 /*
2144  * Free a list of 0-order pages
2145  */
2146 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2147 {
2148         struct page *page, *next;
2149
2150         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2151                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2152                 free_hot_cold_page(page, cold);
2153         }
2154 }
2155
2156 /*
2157  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2158  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2159  * Each sub-page must be freed individually.
2160  *
2161  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2162  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2163  */
2164 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2165 {
2166         int i;
2167         gfp_t gfp_mask;
2168
2169         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2170         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2171
2172 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2173         /*
2174          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2175          * otherwise free the whole shadow.
2176          */
2177         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2178                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2179 #endif
2180
2181         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2182         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2183         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2184                 set_page_refcounted(page + i);
2185                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2186         }
2187 }
2188 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2189
2190 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2191 {
2192         unsigned long watermark;
2193         struct zone *zone;
2194         int mt;
2195
2196         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2197
2198         zone = page_zone(page);
2199         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2200
2201         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2202                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2203                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2204                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2205                         return 0;
2206
2207                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2208         }
2209
2210         /* Remove page from free list */
2211         list_del(&page->lru);
2212         zone->free_area[order].nr_free--;
2213         rmv_page_order(page);
2214
2215         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2216
2217         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2218         if (order >= pageblock_order - 1) {
2219                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2220                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2221                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2222                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2223                                 set_pageblock_migratetype(page,
2224                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2225                 }
2226         }
2227
2228
2229         return 1UL << order;
2230 }
2231
2232 /*
2233  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2234  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2235  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2236  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2237  * are enabled.
2238  *
2239  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2240  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2241  */
2242 int split_free_page(struct page *page)
2243 {
2244         unsigned int order;
2245         int nr_pages;
2246
2247         order = page_order(page);
2248
2249         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2250         if (!nr_pages)
2251                 return 0;
2252
2253         /* Split into individual pages */
2254         set_page_refcounted(page);
2255         split_page(page, order);
2256         return nr_pages;
2257 }
2258
2259 /*
2260  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2261  */
2262 static inline
2263 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2264                         struct zone *zone, unsigned int order,
2265                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2266 {
2267         unsigned long flags;
2268         struct page *page;
2269         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2270
2271         if (likely(order == 0)) {
2272                 struct per_cpu_pages *pcp;
2273                 struct list_head *list;
2274
2275                 local_irq_save(flags);
2276                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2277                 list = &pcp->lists[migratetype];
2278                 if (list_empty(list)) {
2279                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2280                                         pcp->batch, list,
2281                                         migratetype, cold);
2282                         if (unlikely(list_empty(list)))
2283                                 goto failed;
2284                 }
2285
2286                 if (cold)
2287                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2288                 else
2289                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2290
2291                 list_del(&page->lru);
2292                 pcp->count--;
2293         } else {
2294                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2295                         /*
2296                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2297                          *
2298                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2299                          * properly detect and handle allocation failures.
2300                          *
2301                          * We most definitely don't want callers attempting to
2302                          * allocate greater than order-1 page units with
2303                          * __GFP_NOFAIL.
2304                          */
2305                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2306                 }
2307                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2308
2309                 page = NULL;
2310                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2311                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2312                         if (page)
2313                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2314                 }
2315                 if (!page)
2316                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2317                 spin_unlock(&zone->lock);
2318                 if (!page)
2319                         goto failed;
2320                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2321                                           get_pcppage_migratetype(page));
2322         }
2323
2324         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2325         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2326             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2327                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2328
2329         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2330         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2331         local_irq_restore(flags);
2332
2333         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2334         return page;
2335
2336 failed:
2337         local_irq_restore(flags);
2338         return NULL;
2339 }
2340
2341 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2342
2343 static struct {
2344         struct fault_attr attr;
2345
2346         bool ignore_gfp_highmem;
2347         bool ignore_gfp_reclaim;
2348         u32 min_order;
2349 } fail_page_alloc = {
2350         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2351         .ignore_gfp_reclaim = true,
2352         .ignore_gfp_highmem = true,
2353         .min_order = 1,
2354 };
2355
2356 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2357 {
2358         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2359 }
2360 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2361
2362 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2363 {
2364         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2365                 return false;
2366         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2367                 return false;
2368         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2369                 return false;
2370         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2371                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2372                 return false;
2373
2374         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2375 }
2376
2377 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2378
2379 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2380 {
2381         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2382         struct dentry *dir;
2383
2384         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2385                                         &fail_page_alloc.attr);
2386         if (IS_ERR(dir))
2387                 return PTR_ERR(dir);
2388
2389         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2390                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2391                 goto fail;
2392         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2393                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2394                 goto fail;
2395         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2396                                 &fail_page_alloc.min_order))
2397                 goto fail;
2398
2399         return 0;
2400 fail:
2401         debugfs_remove_recursive(dir);
2402
2403         return -ENOMEM;
2404 }
2405
2406 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2407
2408 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2409
2410 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2411
2412 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2413 {
2414         return false;
2415 }
2416
2417 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2418
2419 /*
2420  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2421  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2422  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2423  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2424  */
2425 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2426                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2427                         long free_pages)
2428 {
2429         long min = mark;
2430         int o;
2431         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2432
2433         /* free_pages may go negative - that's OK */
2434         free_pages -= (1 << order) - 1;
2435
2436         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2437                 min -= min / 2;
2438
2439         /*
2440          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2441          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2442          * atomic reserve but it avoids a search.
2443          */
2444         if (likely(!alloc_harder))
2445                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2446         else
2447                 min -= min / 4;
2448
2449 #ifdef CONFIG_CMA
2450         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2451         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2452                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2453 #endif
2454
2455         /*
2456          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2457          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2458          * even if a suitable page happened to be free.
2459          */
2460         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2461                 return false;
2462
2463         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2464         if (!order)
2465                 return true;
2466
2467         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2468         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2469                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2470                 int mt;
2471
2472                 if (!area->nr_free)
2473                         continue;
2474
2475                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2476                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2477                                 return true;
2478                 }
2479
2480 #ifdef CONFIG_CMA
2481                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2482                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2483                         return true;
2484                 }
2485 #endif
2486                 if (alloc_harder &&
2487                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
2488                         return true;
2489         }
2490         return false;
2491 }
2492
2493 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2494                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2495 {
2496         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2497                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2498 }
2499
2500 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2501                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2502 {
2503         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2504
2505         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2506                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2507
2508         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2509                                                                 free_pages);
2510 }
2511
2512 #ifdef CONFIG_NUMA
2513 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2514 {
2515         return local_zone->node == zone->node;
2516 }
2517
2518 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2519 {
2520         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2521                                 RECLAIM_DISTANCE;
2522 }
2523 #else   /* CONFIG_NUMA */
2524 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2525 {
2526         return true;
2527 }
2528
2529 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2530 {
2531         return true;
2532 }
2533 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2534
2535 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2536 {
2537         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2538
2539         do {
2540                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2541                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2542                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2543                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2544         } while (zone++ != preferred_zone);
2545 }
2546
2547 /*
2548  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2549  * a page.
2550  */
2551 static struct page *
2552 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2553                                                 const struct alloc_context *ac)
2554 {
2555         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2556         struct zoneref *z;
2557         struct page *page = NULL;
2558         struct zone *zone;
2559         int nr_fair_skipped = 0;
2560         bool zonelist_rescan;
2561
2562 zonelist_scan:
2563         zonelist_rescan = false;
2564
2565         /*
2566          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2567          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2568          */
2569         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2570                                                                 ac->nodemask) {
2571                 unsigned long mark;
2572
2573                 if (cpusets_enabled() &&
2574                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2575                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2576                                 continue;
2577                 /*
2578                  * Distribute pages in proportion to the individual
2579                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2580                  * page was allocated in should have no effect on the
2581                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2582                  */
2583                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2584                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2585                                 break;
2586                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2587                                 nr_fair_skipped++;
2588                                 continue;
2589                         }
2590                 }
2591                 /*
2592                  * When allocating a page cache page for writing, we
2593                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2594                  * limit, such that no single zone holds more than its
2595                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2596                  * The dirty limits take into account the zone's
2597                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2598                  * should be able to balance it without having to
2599                  * write pages from its LRU list.
2600                  *
2601                  * This may look like it could increase pressure on
2602                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2603                  * before they are full.  But the pages that do spill
2604                  * over are limited as the lower zones are protected
2605                  * by this very same mechanism.  It should not become
2606                  * a practical burden to them.
2607                  *
2608                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2609                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2610                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2611                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2612                  * zones are together not big enough to reach the
2613                  * global limit.  The proper fix for these situations
2614                  * will require awareness of zones in the
2615                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2616                  */
2617                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2618                         continue;
2619
2620                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2621                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2622                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2623                         int ret;
2624
2625                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2626                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2627                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2628                                 goto try_this_zone;
2629
2630                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2631                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2632                                 continue;
2633
2634                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2635                         switch (ret) {
2636                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2637                                 /* did not scan */
2638                                 continue;
2639                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2640                                 /* scanned but unreclaimable */
2641                                 continue;
2642                         default:
2643                                 /* did we reclaim enough */
2644                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2645                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2646                                         goto try_this_zone;
2647
2648                                 continue;
2649                         }
2650                 }
2651
2652 try_this_zone:
2653                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2654                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2655                 if (page) {
2656                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2657                                 goto try_this_zone;
2658
2659                         /*
2660                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2661                          * if the pageblock should be reserved for the future
2662                          */
2663                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2664                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2665
2666                         return page;
2667                 }
2668         }
2669
2670         /*
2671          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2672          * local node.  However, the local node might have free pages left
2673          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2674          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2675          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2676          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2677          */
2678         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2679                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2680                 if (nr_fair_skipped) {
2681                         zonelist_rescan = true;
2682                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2683                 }
2684                 if (nr_online_nodes > 1)
2685                         zonelist_rescan = true;
2686         }
2687
2688         if (zonelist_rescan)
2689                 goto zonelist_scan;
2690
2691         return NULL;
2692 }
2693
2694 /*
2695  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2696  * meminfo in irq context.
2697  */
2698 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2699 {
2700         bool ret = false;
2701
2702 #if NODES_SHIFT > 8
2703         ret = in_interrupt();
2704 #endif
2705         return ret;
2706 }
2707
2708 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2709                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2710                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2711
2712 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2713 {
2714         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2715
2716         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2717             debug_guardpage_minorder() > 0)
2718                 return;
2719
2720         /*
2721          * This documents exceptions given to allocations in certain
2722          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2723          * of allowed nodes.
2724          */
2725         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2726                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2727                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2728                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2729         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2730                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2731
2732         if (fmt) {
2733                 struct va_format vaf;
2734                 va_list args;
2735
2736                 va_start(args, fmt);
2737
2738                 vaf.fmt = fmt;
2739                 vaf.va = &args;
2740
2741                 pr_warn("%pV", &vaf);
2742
2743                 va_end(args);
2744         }
2745
2746         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2747                 current->comm, order, gfp_mask);
2748
2749         dump_stack();
2750         if (!should_suppress_show_mem())
2751                 show_mem(filter);
2752 }
2753
2754 static inline struct page *
2755 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2756         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2757 {
2758         struct oom_control oc = {
2759                 .zonelist = ac->zonelist,
2760                 .nodemask = ac->nodemask,
2761                 .gfp_mask = gfp_mask,
2762                 .order = order,
2763         };
2764         struct page *page;
2765
2766         *did_some_progress = 0;
2767
2768         /*
2769          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2770          * making progress for us.
2771          */
2772         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2773                 *did_some_progress = 1;
2774                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2775                 return NULL;
2776         }
2777
2778         /*
2779          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2780          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2781          * we're still under heavy pressure.
2782          */
2783         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2784                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2785         if (page)
2786                 goto out;
2787
2788         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2789                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2790                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2791                         goto out;
2792                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2793                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2794                         goto out;
2795                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2796                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2797                         goto out;
2798                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2799                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2800                         /*
2801                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2802                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2803                          * keep looping as per tradition.
2804                          */
2805                         *did_some_progress = 1;
2806                         goto out;
2807                 }
2808                 if (pm_suspended_storage())
2809                         goto out;
2810                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2811                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2812                         goto out;
2813         }
2814         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2815         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2816                 *did_some_progress = 1;
2817 out:
2818         mutex_unlock(&oom_lock);
2819         return page;
2820 }
2821
2822 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2823 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2824 static struct page *
2825 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2826                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2827                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2828                 bool *deferred_compaction)
2829 {
2830         unsigned long compact_result;
2831         struct page *page;
2832
2833         if (!order)
2834                 return NULL;
2835
2836         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2837         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2838                                                 mode, contended_compaction);
2839         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2840
2841         switch (compact_result) {
2842         case COMPACT_DEFERRED:
2843                 *deferred_compaction = true;
2844                 /* fall-through */
2845         case COMPACT_SKIPPED:
2846                 return NULL;
2847         default:
2848                 break;
2849         }
2850
2851         /*
2852          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2853          * count a compaction stall
2854          */
2855         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2856
2857         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2858                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2859
2860         if (page) {
2861                 struct zone *zone = page_zone(page);
2862
2863                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2864                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2865                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2866                 return page;
2867         }
2868
2869         /*
2870          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2871          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2872          */
2873         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2874
2875         cond_resched();
2876
2877         return NULL;
2878 }
2879 #else
2880 static inline struct page *
2881 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2882                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2883                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2884                 bool *deferred_compaction)
2885 {
2886         return NULL;
2887 }
2888 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2889
2890 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2891 static int
2892 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2893                                         const struct alloc_context *ac)
2894 {
2895         struct reclaim_state reclaim_state;
2896         int progress;
2897
2898         cond_resched();
2899
2900         /* We now go into synchronous reclaim */
2901         cpuset_memory_pressure_bump();
2902         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2903         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2904         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2905         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2906
2907         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2908                                                                 ac->nodemask);
2909
2910         current->reclaim_state = NULL;
2911         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2912         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2913
2914         cond_resched();
2915
2916         return progress;
2917 }
2918
2919 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2920 static inline struct page *
2921 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2922                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2923                 unsigned long *did_some_progress)
2924 {
2925         struct page *page = NULL;
2926         bool drained = false;
2927
2928         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2929         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2930                 return NULL;
2931
2932 retry:
2933         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2934                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2935
2936         /*
2937          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2938          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2939          * Shrink them them and try again
2940          */
2941         if (!page && !drained) {
2942                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2943                 drain_all_pages(NULL);
2944                 drained = true;
2945                 goto retry;
2946         }
2947
2948         return page;
2949 }
2950
2951 /*
2952  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2953  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2954  */
2955 static inline struct page *
2956 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2957                                 const struct alloc_context *ac)
2958 {
2959         struct page *page;
2960
2961         do {
2962                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2963                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2964
2965                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2966                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2967                                                                         HZ/50);
2968         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2969
2970         return page;
2971 }
2972
2973 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2974 {
2975         struct zoneref *z;
2976         struct zone *zone;
2977
2978         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2979                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2980                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2981 }
2982
2983 static inline int
2984 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2985 {
2986         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2987
2988         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2989         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2990
2991         /*
2992          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2993          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2994          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2995          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2996          */
2997         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2998
2999         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3000                 /*
3001                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3002                  * if it can't schedule.
3003                  */
3004                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3005                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3006                 /*
3007                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3008                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3009                  */
3010                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3011         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3012                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3013
3014         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3015                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3016                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3017                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3018                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3019                 else if (!in_interrupt() &&
3020                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3021                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3022                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3023         }
3024 #ifdef CONFIG_CMA
3025         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3026                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3027 #endif
3028         return alloc_flags;
3029 }
3030
3031 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3032 {
3033         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3034 }
3035
3036 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3037 {
3038         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3039 }
3040
3041 static inline struct page *
3042 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3043                                                 struct alloc_context *ac)
3044 {
3045         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3046         struct page *page = NULL;
3047         int alloc_flags;
3048         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3049         unsigned long did_some_progress;
3050         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3051         bool deferred_compaction = false;
3052         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3053
3054         /*
3055          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3056          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3057          * be using allocators in order of preference for an area that is
3058          * too large.
3059          */
3060         if (order >= MAX_ORDER) {
3061                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3062                 return NULL;
3063         }
3064
3065         /*
3066          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3067          * callers that are not in atomic context.
3068          */
3069         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3070                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3071                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3072
3073         /*
3074          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3075          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3076          * speculative node-specific allocation.
3077          */
3078         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3079                 goto nopage;
3080
3081 retry:
3082         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3083                 wake_all_kswapds(order, ac);
3084
3085         /*
3086          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3087          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3088          * to how we want to proceed.
3089          */
3090         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3091
3092         /*
3093          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3094          * cpusets.
3095          */
3096         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3097                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3098                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3099                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3100                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3101         }
3102
3103         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3104         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3105                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3106         if (page)
3107                 goto got_pg;
3108
3109         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3110         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3111                 /*
3112                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3113                  * the allocation is high priority and these type of
3114                  * allocations are system rather than user orientated
3115                  */
3116                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3117
3118                 if (page) {
3119                         goto got_pg;
3120                 }
3121         }
3122
3123         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3124         if (!can_direct_reclaim) {
3125                 /*
3126                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3127                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3128                  * type of allocation to fail.
3129                  */
3130                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3131                 goto nopage;
3132         }
3133
3134         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3135         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3136                 goto nopage;
3137
3138         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3139         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3140                 goto nopage;
3141
3142         /*
3143          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3144          * attempts after direct reclaim are synchronous
3145          */
3146         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3147                                         migration_mode,
3148                                         &contended_compaction,
3149                                         &deferred_compaction);
3150         if (page)
3151                 goto got_pg;
3152
3153         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3154         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3155                 /*
3156                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3157                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3158                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3159                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3160                  * instead of entering direct reclaim.
3161                  */
3162                 if (deferred_compaction)
3163                         goto nopage;
3164
3165                 /*
3166                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3167                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3168                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3169                  * so we fallback to base pages instead.
3170                  */
3171                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3172                         goto nopage;
3173
3174                 /*
3175                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3176                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3177                  * khugepaged trying to collapse.
3178                  */
3179                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3180                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3181                         goto nopage;
3182         }
3183
3184         /*
3185          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3186          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3187          * khugepaged trying to collapse.
3188          */
3189         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3190                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3191
3192         /* Try direct reclaim and then allocating */
3193         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3194                                                         &did_some_progress);
3195         if (page)
3196                 goto got_pg;
3197
3198         /* Do not loop if specifically requested */
3199         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3200                 goto noretry;
3201
3202         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3203         pages_reclaimed += did_some_progress;
3204         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3205             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3206                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3207                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3208                 goto retry;
3209         }
3210
3211         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3212         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3213         if (page)
3214                 goto got_pg;
3215
3216         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3217         if (did_some_progress)
3218                 goto retry;
3219
3220 noretry:
3221         /*
3222          * High-order allocations do not necessarily loop after
3223          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3224          * being called after reclaim so call directly if necessary
3225          */
3226         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3227                                             ac, migration_mode,
3228                                             &contended_compaction,
3229                                             &deferred_compaction);
3230         if (page)
3231                 goto got_pg;
3232 nopage:
3233         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3234 got_pg:
3235         return page;
3236 }
3237
3238 /*
3239  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3240  */
3241 struct page *
3242 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3243                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3244 {
3245         struct zoneref *preferred_zoneref;
3246         struct page *page = NULL;
3247         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3248         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3249         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3250         struct alloc_context ac = {
3251                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3252                 .nodemask = nodemask,
3253                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3254         };
3255
3256         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3257
3258         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3259
3260         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3261
3262         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3263                 return NULL;
3264
3265         /*
3266          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3267          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3268          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3269          */
3270         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3271                 return NULL;
3272
3273         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3274                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3275
3276 retry_cpuset:
3277         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3278
3279         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3280         ac.zonelist = zonelist;
3281
3282         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3283         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3284
3285         /* The preferred zone is used for statistics later */
3286         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3287                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3288                                 &ac.preferred_zone);
3289         if (!ac.preferred_zone)
3290                 goto out;
3291         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3292
3293         /* First allocation attempt */
3294         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3295         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3296         if (unlikely(!page)) {
3297                 /*
3298                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3299                  * can deadlock because I/O on the device might not
3300                  * complete.
3301                  */
3302                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3303                 ac.spread_dirty_pages = false;
3304
3305                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3306         }
3307
3308         if (kmemcheck_enabled && page)
3309                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3310
3311         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3312
3313 out:
3314         /*
3315          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3316          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3317          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3318          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3319          */
3320         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3321                 goto retry_cpuset;
3322
3323         return page;
3324 }
3325 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3326
3327 /*
3328  * Common helper functions.
3329  */
3330 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3331 {
3332         struct page *page;
3333
3334         /*
3335          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3336          * a highmem page
3337          */
3338         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3339
3340         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3341         if (!page)
3342                 return 0;
3343         return (unsigned long) page_address(page);
3344 }
3345 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3346
3347 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3348 {
3349         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3350 }
3351 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3352
3353 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3354 {
3355         if (put_page_testzero(page)) {
3356                 if (order == 0)
3357                         free_hot_cold_page(page, false);
3358                 else
3359                         __free_pages_ok(page, order);
3360         }
3361 }
3362
3363 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3364
3365 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3366 {
3367         if (addr != 0) {
3368                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3369                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3370         }
3371 }
3372
3373 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3374
3375 /*
3376  * Page Fragment:
3377  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3378  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3379  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3380  *
3381  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3382  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3383  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3384  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3385  */
3386 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3387                                        gfp_t gfp_mask)
3388 {
3389         struct page *page = NULL;
3390         gfp_t gfp = gfp_mask;
3391
3392 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3393         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3394                     __GFP_NOMEMALLOC;
3395         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3396                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3397         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3398 #endif
3399         if (unlikely(!page))
3400                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3401
3402         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3403
3404         return page;
3405 }
3406
3407 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3408                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3409 {
3410         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3411         struct page *page;
3412         int offset;
3413
3414         if (unlikely(!nc->va)) {
3415 refill:
3416                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3417                 if (!page)
3418                         return NULL;
3419
3420 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3421                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3422                 size = nc->size;
3423 #endif
3424                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3425                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3426                  */
3427                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3428
3429                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3430                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3431                 nc->pagecnt_bias = size;
3432                 nc->offset = size;
3433         }
3434
3435         offset = nc->offset - fragsz;
3436         if (unlikely(offset < 0)) {
3437                 page = virt_to_page(nc->va);
3438
3439                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3440                         goto refill;
3441
3442 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3443                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3444                 size = nc->size;
3445 #endif
3446                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3447                 atomic_set(&page->_count, size);
3448
3449                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3450                 nc->pagecnt_bias = size;
3451                 offset = size - fragsz;
3452         }
3453
3454         nc->pagecnt_bias--;
3455         nc->offset = offset;
3456
3457         return nc->va + offset;
3458 }
3459 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3460
3461 /*
3462  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3463  */
3464 void __free_page_frag(void *addr)
3465 {
3466         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3467
3468         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3469                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3470 }
3471 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3472
3473 /*
3474  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3475  * of the current memory cgroup.
3476  *
3477  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3478  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3479  */
3480 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3481 {
3482         struct page *page;
3483
3484         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3485         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3486                 __free_pages(page, order);
3487                 page = NULL;
3488         }
3489         return page;
3490 }
3491
3492 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3493 {
3494         struct page *page;
3495
3496         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3497         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3498                 __free_pages(page, order);
3499                 page = NULL;
3500         }
3501         return page;
3502 }
3503
3504 /*
3505  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3506  * alloc_kmem_pages.
3507  */
3508 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3509 {
3510         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3511         __free_pages(page, order);
3512 }
3513
3514 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3515 {
3516         if (addr != 0) {
3517                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3518                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3519         }
3520 }
3521
3522 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3523                 size_t size)
3524 {
3525         if (addr) {
3526                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3527                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3528
3529                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3530                 while (used < alloc_end) {
3531                         free_page(used);
3532                         used += PAGE_SIZE;
3533                 }
3534         }
3535         return (void *)addr;
3536 }
3537
3538 /**
3539  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3540  * @size: the number of bytes to allocate
3541  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3542  *
3543  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3544  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3545  * allocate memory in power-of-two pages.
3546  *
3547  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3548  *
3549  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3550  */
3551 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3552 {
3553         unsigned int order = get_order(size);
3554         unsigned long addr;
3555
3556         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3557         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3558 }
3559 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3560
3561 /**
3562  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3563  *                         pages on a node.
3564  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3565  * @size: the number of bytes to allocate
3566  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3567  *
3568  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3569  * back.
3570  */
3571 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3572 {
3573         unsigned int order = get_order(size);
3574         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3575         if (!p)
3576                 return NULL;
3577         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3578 }
3579
3580 /**
3581  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3582  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3583  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3584  *
3585  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3586  */
3587 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3588 {
3589         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3590         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3591
3592         while (addr < end) {
3593                 free_page(addr);
3594                 addr += PAGE_SIZE;
3595         }
3596 }
3597 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3598
3599 /**
3600  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3601  * @offset: The zone index of the highest zone
3602  *
3603  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3604  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3605  * zone, the number of pages is calculated as:
3606  *     managed_pages - high_pages
3607  */
3608 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3609 {
3610         struct zoneref *z;
3611         struct zone *zone;
3612
3613         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3614         unsigned long sum = 0;
3615
3616         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3617
3618         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3619                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3620                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3621                 if (size > high)
3622                         sum += size - high;
3623         }
3624
3625         return sum;
3626 }
3627
3628 /**
3629  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3630  *
3631  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3632  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3633  */
3634 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3635 {
3636         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3637 }
3638 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3639
3640 /**
3641  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3642  *
3643  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3644  * high watermark within all zones.
3645  */
3646 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3647 {
3648         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3649 }
3650
3651 static inline void show_node(struct zone *zone)
3652 {
3653         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3654                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3655 }
3656
3657 long si_mem_available(void)
3658 {
3659         long available;
3660         unsigned long pagecache;
3661         unsigned long wmark_low = 0;
3662         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3663         struct zone *zone;
3664         int lru;
3665
3666         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3667                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3668
3669         for_each_zone(zone)
3670                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3671
3672         /*
3673          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3674          * without causing swapping.
3675          */
3676         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3677
3678         /*
3679          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3680          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3681          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3682          */
3683         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3684         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3685         available += pagecache;
3686
3687         /*
3688          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3689          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3690          */
3691         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3692                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3693
3694         if (available < 0)
3695                 available = 0;
3696         return available;
3697 }
3698 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3699
3700 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3701 {
3702         val->totalram = totalram_pages;
3703         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3704         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3705         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3706         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3707         val->freehigh = nr_free_highpages();
3708         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3709 }
3710
3711 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3712
3713 #ifdef CONFIG_NUMA
3714 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3715 {
3716         int zone_type;          /* needs to be signed */
3717         unsigned long managed_pages = 0;
3718         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3719
3720         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3721                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3722         val->totalram = managed_pages;
3723         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3724         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3725 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3726         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3727         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3728                         NR_FREE_PAGES);
3729 #else
3730         val->totalhigh = 0;
3731         val->freehigh = 0;
3732 #endif
3733         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3734 }
3735 #endif
3736
3737 /*
3738  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3739  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3740  */
3741 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3742 {
3743         bool ret = false;
3744         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3745
3746         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3747                 goto out;
3748
3749         do {
3750                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3751                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3752         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3753 out:
3754         return ret;
3755 }
3756
3757 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3758
3759 static void show_migration_types(unsigned char type)
3760 {
3761         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3762                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3763                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3764                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3765                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3766 #ifdef CONFIG_CMA
3767                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3768 #endif
3769 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3770                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3771 #endif
3772         };
3773         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3774         char *p = tmp;
3775         int i;
3776
3777         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3778                 if (type & (1 << i))
3779                         *p++ = types[i];
3780         }
3781
3782         *p = '\0';
3783         printk("(%s) ", tmp);
3784 }
3785
3786 /*
3787  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3788  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3789  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3790  *
3791  * Bits in @filter:
3792  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3793  *   cpuset.
3794  */
3795 void show_free_areas(unsigned int filter)
3796 {
3797         unsigned long free_pcp = 0;
3798         int cpu;
3799         struct zone *zone;
3800
3801         for_each_populated_zone(zone) {
3802                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3803                         continue;
3804
3805                 for_each_online_cpu(cpu)
3806                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3807         }
3808
3809         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3810                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3811                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3812                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3813                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3814                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3815                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3816                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3817                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3818                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3819                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3820                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3821                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3822                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3823                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3824                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3825                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3826                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3827                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3828                 global_page_state(NR_SHMEM),
3829                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3830                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3831                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3832                 free_pcp,
3833                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3834
3835         for_each_populated_zone(zone) {
3836                 int i;
3837
3838                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3839                         continue;
3840
3841                 free_pcp = 0;
3842                 for_each_online_cpu(cpu)
3843                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3844
3845                 show_node(zone);
3846                 printk("%s"
3847                         " free:%lukB"
3848                         " min:%lukB"
3849                         " low:%lukB"
3850                         " high:%lukB"
3851                         " active_anon:%lukB"
3852                         " inactive_anon:%lukB"
3853                         " active_file:%lukB"
3854                         " inactive_file:%lukB"
3855                         " unevictable:%lukB"
3856                         " isolated(anon):%lukB"
3857                         " isolated(file):%lukB"
3858                         " present:%lukB"
3859                         " managed:%lukB"
3860                         " mlocked:%lukB"
3861                         " dirty:%lukB"
3862                         " writeback:%lukB"
3863                         " mapped:%lukB"
3864                         " shmem:%lukB"
3865                         " slab_reclaimable:%lukB"
3866                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3867                         " kernel_stack:%lukB"
3868                         " pagetables:%lukB"
3869                         " unstable:%lukB"
3870                         " bounce:%lukB"
3871                         " free_pcp:%lukB"
3872                         " local_pcp:%ukB"
3873                         " free_cma:%lukB"
3874                         " writeback_tmp:%lukB"
3875                         " pages_scanned:%lu"
3876                         " all_unreclaimable? %s"
3877                         "\n",
3878                         zone->name,
3879                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3880                         K(min_wmark_pages(zone)),
3881                         K(low_wmark_pages(zone)),
3882                         K(high_wmark_pages(zone)),
3883                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3884                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3885                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3886                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3887                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3888                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3889                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3890                         K(zone->present_pages),
3891                         K(zone->managed_pages),
3892                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3893                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3894                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3895                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3896                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3897                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3898                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3899                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3900                                 THREAD_SIZE / 1024,
3901                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3902                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3903                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3904                         K(free_pcp),
3905                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3906                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3907                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3908                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3909                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3910                         );
3911                 printk("lowmem_reserve[]:");
3912                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3913                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3914                 printk("\n");
3915         }
3916
3917         for_each_populated_zone(zone) {
3918                 unsigned int order;
3919                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3920                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3921
3922                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3923                         continue;
3924                 show_node(zone);
3925                 printk("%s: ", zone->name);
3926
3927                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3928                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3929                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3930                         int type;
3931
3932                         nr[order] = area->nr_free;
3933                         total += nr[order] << order;
3934
3935                         types[order] = 0;
3936                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3937                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3938                                         types[order] |= 1 << type;
3939                         }
3940                 }
3941                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3942                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3943                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3944                         if (nr[order])
3945                                 show_migration_types(types[order]);
3946                 }
3947                 printk("= %lukB\n", K(total));
3948         }
3949
3950         hugetlb_show_meminfo();
3951
3952         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3953
3954         show_swap_cache_info();
3955 }
3956
3957 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3958 {
3959         zoneref->zone = zone;
3960         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3961 }
3962
3963 /*
3964  * Builds allocation fallback zone lists.
3965  *
3966  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3967  */
3968 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3969                                 int nr_zones)
3970 {
3971         struct zone *zone;
3972         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3973
3974         do {
3975                 zone_type--;
3976                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3977                 if (populated_zone(zone)) {
3978                         zoneref_set_zone(zone,
3979                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3980                         check_highest_zone(zone_type);
3981                 }
3982         } while (zone_type);
3983
3984         return nr_zones;
3985 }
3986
3987
3988 /*
3989  *  zonelist_order:
3990  *  0 = automatic detection of better ordering.
3991  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3992  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3993  *
3994  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3995  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3996  */
3997 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3998 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3999 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4000
4001 /* zonelist order in the kernel.
4002  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4003  */
4004 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4005 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4006
4007
4008 #ifdef CONFIG_NUMA
4009 /* The value user specified ....changed by config */
4010 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4011 /* string for sysctl */
4012 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4013 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4014
4015 /*
4016  * interface for configure zonelist ordering.
4017  * command line option "numa_zonelist_order"
4018  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4019  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4020  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4021  */
4022
4023 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4024 {
4025         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4026                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4027         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4028                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4029         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4030                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4031         } else {
4032                 printk(KERN_WARNING
4033                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
4034                         "%s\n", s);
4035                 return -EINVAL;
4036         }
4037         return 0;
4038 }
4039
4040 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4041 {
4042         int ret;
4043
4044         if (!s)
4045                 return 0;
4046
4047         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4048         if (ret == 0)
4049                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4050
4051         return ret;
4052 }
4053 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4054
4055 /*
4056  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4057  */
4058 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4059                 void __user *buffer, size_t *length,
4060                 loff_t *ppos)
4061 {
4062         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4063         int ret;
4064         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4065
4066         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4067         if (write) {
4068                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4069                         ret = -EINVAL;
4070                         goto out;
4071                 }
4072                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4073         }
4074         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4075         if (ret)
4076                 goto out;
4077         if (write) {
4078                 int oldval = user_zonelist_order;
4079
4080                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4081                 if (ret) {
4082                         /*
4083                          * bogus value.  restore saved string
4084                          */
4085                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4086                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4087                         user_zonelist_order = oldval;
4088                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4089                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4090                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4091                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4092                 }
4093         }
4094 out:
4095         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4096         return ret;
4097 }
4098
4099
4100 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4101 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4102
4103 /**
4104  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4105  * @node: node whose fallback list we're appending
4106  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4107  *
4108  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4109  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4110  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4111  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4112  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4113  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4114  * on them otherwise.
4115  * It returns -1 if no node is found.
4116  */
4117 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4118 {
4119         int n, val;
4120         int min_val = INT_MAX;
4121         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4122         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4123
4124         /* Use the local node if we haven't already */
4125         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4126                 node_set(node, *used_node_mask);
4127                 return node;
4128         }
4129
4130         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4131
4132                 /* Don't want a node to appear more than once */
4133                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4134                         continue;
4135
4136                 /* Use the distance array to find the distance */
4137                 val = node_distance(node, n);
4138
4139                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4140                 val += (n < node);
4141
4142                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4143                 tmp = cpumask_of_node(n);
4144                 if (!cpumask_empty(tmp))
4145                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4146
4147                 /* Slight preference for less loaded node */
4148                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4149                 val += node_load[n];
4150
4151                 if (val < min_val) {
4152                         min_val = val;
4153                         best_node = n;
4154                 }
4155         }
4156
4157         if (best_node >= 0)
4158                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4159
4160         return best_node;
4161 }
4162
4163
4164 /*
4165  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4166  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4167  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4168  */
4169 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4170 {
4171         int j;
4172         struct zonelist *zonelist;
4173
4174         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4175         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4176                 ;
4177         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4178         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4179         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4180 }
4181
4182 /*
4183  * Build gfp_thisnode zonelists
4184  */
4185 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4186 {
4187         int j;
4188         struct zonelist *zonelist;
4189
4190         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4191         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4192         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4193         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4194 }
4195
4196 /*
4197  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4198  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4199  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4200  * may still exist in local DMA zone.
4201  */
4202 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4203
4204 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4205 {
4206         int pos, j, node;
4207         int zone_type;          /* needs to be signed */
4208         struct zone *z;
4209         struct zonelist *zonelist;
4210
4211         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4212         pos = 0;
4213         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4214                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4215                         node = node_order[j];
4216                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4217                         if (populated_zone(z)) {
4218                                 zoneref_set_zone(z,
4219                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4220                                 check_highest_zone(zone_type);
4221                         }
4222                 }
4223         }
4224         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4225         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4226 }
4227
4228 #if defined(CONFIG_64BIT)
4229 /*
4230  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4231  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4232  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4233  */
4234 static int default_zonelist_order(void)
4235 {
4236         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4237 }
4238 #else
4239 /*
4240  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4241  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4242  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4243  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4244  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4245  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4246  */
4247 static int default_zonelist_order(void)
4248 {
4249         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4250 }
4251 #endif /* CONFIG_64BIT */
4252
4253 static void set_zonelist_order(void)
4254 {
4255         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4256                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4257         else
4258                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4259 }
4260
4261 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4262 {
4263         int j, node, load;
4264         enum zone_type i;
4265         nodemask_t used_mask;
4266         int local_node, prev_node;
4267         struct zonelist *zonelist;
4268         unsigned int order = current_zonelist_order;
4269
4270         /* initialize zonelists */
4271         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4272                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4273                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4274                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4275         }
4276
4277         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4278         local_node = pgdat->node_id;
4279         load = nr_online_nodes;
4280         prev_node = local_node;
4281         nodes_clear(used_mask);
4282
4283         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4284         j = 0;
4285
4286         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4287                 /*
4288                  * We don't want to pressure a particular node.
4289                  * So adding penalty to the first node in same
4290                  * distance group to make it round-robin.
4291                  */
4292                 if (node_distance(local_node, node) !=
4293                     node_distance(local_node, prev_node))
4294                         node_load[node] = load;
4295
4296                 prev_node = node;
4297                 load--;
4298                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4299                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4300                 else
4301                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4302         }
4303
4304         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4305                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4306                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4307         }
4308
4309         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4310 }
4311
4312 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4313 /*
4314  * Return node id of node used for "local" allocations.
4315  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4316  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4317  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4318  */
4319 int local_memory_node(int node)
4320 {
4321         struct zone *zone;
4322
4323         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4324                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4325                                    NULL,
4326                                    &zone);
4327         return zone->node;
4328 }
4329 #endif
4330
4331 #else   /* CONFIG_NUMA */
4332
4333 static void set_zonelist_order(void)
4334 {
4335         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4336 }
4337
4338 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4339 {
4340         int node, local_node;
4341         enum zone_type j;
4342         struct zonelist *zonelist;
4343
4344         local_node = pgdat->node_id;
4345
4346         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4347         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4348
4349         /*
4350          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4351          * of all the other nodes.
4352          * We don't want to pressure a particular node, so when
4353          * building the zones for node N, we make sure that the
4354          * zones coming right after the local ones are those from
4355          * node N+1 (modulo N)
4356          */
4357         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4358                 if (!node_online(node))
4359                         continue;
4360                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4361         }
4362         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4363                 if (!node_online(node))
4364                         continue;
4365                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4366         }
4367
4368         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4369         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4370 }
4371
4372 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4373
4374 /*
4375  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4376  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4377  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4378  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4379  * with interrupts disabled.
4380  *
4381  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4382  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4383  * hotplugged processors.
4384  *
4385  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4386  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4387  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4388  */
4389 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4390 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4391 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4392
4393 /*
4394  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4395  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4396  */
4397 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4398
4399 /* return values int ....just for stop_machine() */
4400 static int __build_all_zonelists(void *data)
4401 {
4402         int nid;
4403         int cpu;
4404         pg_data_t *self = data;
4405
4406 #ifdef CONFIG_NUMA
4407         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4408 #endif
4409
4410         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4411                 build_zonelists(self);
4412         }
4413
4414         for_each_online_node(nid) {
4415                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4416
4417                 build_zonelists(pgdat);
4418         }
4419
4420         /*
4421          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4422          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4423          * each zone will be allocated later when the per cpu
4424          * allocator is available.
4425          *
4426          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4427          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4428          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4429          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4430          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4431          * (a chicken-egg dilemma).
4432          */
4433         for_each_possible_cpu(cpu) {
4434                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4435
4436 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4437                 /*
4438                  * We now know the "local memory node" for each node--
4439                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4440                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4441                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4442                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4443                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4444                  */
4445                 if (cpu_online(cpu))
4446                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4447 #endif
4448         }
4449
4450         return 0;
4451 }
4452
4453 static noinline void __init
4454 build_all_zonelists_init(void)
4455 {
4456         __build_all_zonelists(NULL);
4457         mminit_verify_zonelist();
4458         cpuset_init_current_mems_allowed();
4459 }
4460
4461 /*
4462  * Called with zonelists_mutex held always
4463  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4464  *
4465  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4466  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4467  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4468  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4469  */
4470 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4471 {
4472         set_zonelist_order();
4473
4474         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4475                 build_all_zonelists_init();
4476         } else {
4477 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4478                 if (zone)
4479                         setup_zone_pageset(zone);
4480 #endif
4481                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4482                    of zonelist */
4483                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4484                 /* cpuset refresh routine should be here */
4485         }
4486         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4487         /*
4488          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4489          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4490          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4491          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4492          * disabled and enable it later
4493          */
4494         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4495                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4496         else
4497                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4498
4499         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4500                 "Total pages: %ld\n",
4501                         nr_online_nodes,
4502                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4503                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4504                         vm_total_pages);
4505 #ifdef CONFIG_NUMA
4506         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4507 #endif
4508 }
4509
4510 /*
4511  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4512  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4513  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4514  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4515  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4516  * conservative, even though it seems large.
4517  *
4518  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4519  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4520  */
4521 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4522
4523 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4524 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4525 {
4526         unsigned long size = 1;
4527
4528         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4529
4530         while (size < pages)
4531                 size <<= 1;
4532
4533         /*
4534          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4535          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4536          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4537          */
4538         size = min(size, 4096UL);
4539
4540         return max(size, 4UL);
4541 }
4542 #else
4543 /*
4544  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4545  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4546  *
4547  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4548  *
4549  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4550  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4551  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4552  *
4553  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4554  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4555  *
4556  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4557  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4558  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4559  */
4560 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4561 {
4562         return 4096UL;
4563 }
4564 #endif
4565
4566 /*
4567  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4568  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4569  * hash function before the remainder is taken.
4570  */
4571 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4572 {
4573         return ffz(~size);
4574 }
4575
4576 /*
4577  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4578  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4579  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4580  */
4581 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4582                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4583 {
4584         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4585         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4586         unsigned long pfn;
4587         struct zone *z;
4588         unsigned long nr_initialised = 0;
4589
4590         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4591                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4592
4593         z = &pgdat->node_zones[zone];
4594         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4595                 /*
4596                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4597                  * handed to this function.  They do not
4598                  * exist on hotplugged memory.
4599                  */
4600                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4601                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4602                                 continue;
4603                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4604                                 continue;
4605                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4606                                                 &nr_initialised))
4607                                 break;
4608                 }
4609
4610                 /*
4611                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4612                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4613                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4614                  * the address space during boot when many long-lived
4615                  * kernel allocations are made.
4616                  *
4617                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4618                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4619                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4620                  * pfn out of zone.
4621                  */
4622                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4623                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4624
4625                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4626                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4627                 } else {
4628                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4629                 }
4630         }
4631 }
4632
4633 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4634 {
4635         unsigned int order, t;
4636         for_each_migratetype_order(order, t) {
4637                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4638                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4639         }
4640 }
4641
4642 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4643 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4644         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4645 #endif
4646
4647 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4648 {
4649 #ifdef CONFIG_MMU
4650         int batch;
4651
4652         /*
4653          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4654          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4655          *
4656          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4657          */
4658         batch = zone->managed_pages / 1024;
4659         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4660                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4661         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4662         if (batch < 1)
4663                 batch = 1;
4664
4665         /*
4666          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4667          * of 2 value was found to be more likely to have
4668          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4669          *
4670          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4671          * batches of pages, one task can end up with a lot
4672          * of pages of one half of the possible page colors
4673          * and the other with pages of the other colors.
4674          */
4675         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4676
4677         return batch;
4678
4679 #else
4680         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4681          * conditions.
4682          *
4683          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4684          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4685          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4686          *
4687          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4688          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4689          * can be a significant delay between the individual batches being
4690          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4691          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4692          */
4693         return 0;
4694 #endif
4695 }
4696
4697 /*
4698  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4699  * ->batch must never be higher then ->high.
4700  * The following function updates them in a safe manner without read side
4701  * locking.
4702  *
4703  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4704  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4705  *
4706  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4707  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4708  * exist).
4709  */
4710 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4711                 unsigned long batch)
4712 {
4713        /* start with a fail safe value for batch */
4714         pcp->batch = 1;
4715         smp_wmb();
4716
4717        /* Update high, then batch, in order */
4718         pcp->high = high;
4719         smp_wmb();
4720
4721         pcp->batch = batch;
4722 }
4723
4724 /* a companion to pageset_set_high() */
4725 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4726 {
4727         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4728 }
4729
4730 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4731 {
4732         struct per_cpu_pages *pcp;
4733         int migratetype;
4734
4735         memset(p, 0, sizeof(*p));
4736
4737         pcp = &p->pcp;
4738         pcp->count = 0;
4739         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4740                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4741 }
4742
4743 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4744 {
4745         pageset_init(p);
4746         pageset_set_batch(p, batch);
4747 }
4748
4749 /*
4750  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4751  * to the value high for the pageset p.
4752  */
4753 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4754                                 unsigned long high)
4755 {
4756         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4757         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4758                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4759
4760         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4761 }
4762
4763 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4764                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4765 {
4766         if (percpu_pagelist_fraction)
4767                 pageset_set_high(pcp,
4768                         (zone->managed_pages /
4769                                 percpu_pagelist_fraction));
4770         else
4771                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4772 }
4773
4774 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4775 {
4776         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4777
4778         pageset_init(pcp);
4779         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4780 }
4781
4782 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4783 {
4784         int cpu;
4785         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4786         for_each_possible_cpu(cpu)
4787                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4788 }
4789
4790 /*
4791  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4792  * Before this call only boot pagesets were available.
4793  */
4794 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4795 {
4796         struct zone *zone;
4797
4798         for_each_populated_zone(zone)
4799                 setup_zone_pageset(zone);
4800 }
4801
4802 static noinline __init_refok
4803 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4804 {
4805         int i;
4806         size_t alloc_size;
4807
4808         /*
4809          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4810          * per zone.
4811          */
4812         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4813                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4814         zone->wait_table_bits =
4815                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4816         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4817                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4818
4819         if (!slab_is_available()) {
4820                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4821                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4822                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4823         } else {
4824                 /*
4825                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4826                  * via memory hot-add.
4827                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4828                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4829                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4830                  * node itself as well.
4831                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4832                  * necessary.
4833                  */
4834                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4835         }
4836         if (!zone->wait_table)
4837                 return -ENOMEM;
4838
4839         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4840                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4841
4842         return 0;
4843 }
4844
4845 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4846 {
4847         /*
4848          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4849          * relies on the ability of the linker to provide the
4850          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4851          */
4852         zone->pageset = &boot_pageset;
4853
4854         if (populated_zone(zone))
4855                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4856                         zone->name, zone->present_pages,
4857                                          zone_batchsize(zone));
4858 }
4859
4860 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4861                                         unsigned long zone_start_pfn,
4862                                         unsigned long size)
4863 {
4864         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4865         int ret;
4866         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4867         if (ret)
4868                 return ret;
4869         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4870
4871         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4872
4873         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4874                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4875                         pgdat->node_id,
4876                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4877                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4878
4879         zone_init_free_lists(zone);
4880
4881         return 0;
4882 }
4883
4884 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4885 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4886
4887 /*
4888  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4889  */
4890 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4891                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4892 {
4893         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4894         int nid;
4895
4896         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4897                 return state->last_nid;
4898
4899         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4900         if (nid != -1) {
4901                 state->last_start = start_pfn;
4902                 state->last_end = end_pfn;
4903                 state->last_nid = nid;
4904         }
4905
4906         return nid;
4907 }
4908 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4909
4910 /**
4911  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4912  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4913  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4914  *
4915  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4916  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4917  * memblock_free_early_nid() manually.
4918  */
4919 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4920 {
4921         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4922         int i, this_nid;
4923
4924         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4925                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4926                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4927
4928                 if (start_pfn < end_pfn)
4929                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4930                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4931                                         this_nid);
4932         }
4933 }
4934
4935 /**
4936  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4937  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4938  *
4939  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4940  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4941  */
4942 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4943 {
4944         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4945         int i, this_nid;
4946
4947         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4948                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4949 }
4950
4951 /**
4952  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4953  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4954  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4955  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4956  *
4957  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4958  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4959  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4960  * PFNs will be 0.
4961  */
4962 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4963                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4964 {
4965         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4966         int i;
4967
4968         *start_pfn = -1UL;
4969         *end_pfn = 0;
4970
4971         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4972                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4973                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4974         }
4975
4976         if (*start_pfn == -1UL)
4977                 *start_pfn = 0;
4978 }
4979
4980 /*
4981  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4982  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4983  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4984  */
4985 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4986 {
4987         int zone_index;
4988         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4989                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4990                         continue;
4991
4992                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4993                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4994                         break;
4995         }
4996
4997         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4998         movable_zone = zone_index;
4999 }
5000
5001 /*
5002  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5003  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5004  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5005  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5006  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5007  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5008  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5009  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5010  */
5011 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5012                                         unsigned long zone_type,
5013                                         unsigned long node_start_pfn,
5014                                         unsigned long node_end_pfn,
5015                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5016                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5017 {
5018         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5019         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5020                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5021                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5022                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5023                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5024                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5025
5026                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5027                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5028                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5029                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5030
5031                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5032                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5033                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5034         }
5035 }
5036
5037 /*
5038  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5039  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5040  */
5041 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5042                                         unsigned long zone_type,
5043                                         unsigned long node_start_pfn,
5044                                         unsigned long node_end_pfn,
5045                                         unsigned long *ignored)
5046 {
5047         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5048
5049         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5050         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5051                 return 0;
5052
5053         /* Get the start and end of the zone */
5054         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5055         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5056         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5057                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5058                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5059
5060         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5061         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5062                 return 0;
5063
5064         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5065         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5066         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5067
5068         /* Return the spanned pages */
5069         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5070 }
5071
5072 /*
5073  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5074  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5075  */
5076 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5077                                 unsigned long range_start_pfn,
5078                                 unsigned long range_end_pfn)
5079 {
5080         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5081         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5082         int i;
5083
5084         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5085                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5086                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5087                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5088         }
5089         return nr_absent;
5090 }
5091
5092 /**
5093  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5094  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5095  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5096  *
5097  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5098  */
5099 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5100                                                         unsigned long end_pfn)
5101 {
5102         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5103 }
5104
5105 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5106 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5107                                         unsigned long zone_type,
5108                                         unsigned long node_start_pfn,
5109                                         unsigned long node_end_pfn,
5110                                         unsigned long *ignored)
5111 {
5112         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5113         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5114         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5115
5116         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5117         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5118                 return 0;
5119
5120         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5121         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5122
5123         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5124                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5125                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5126         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5127 }
5128
5129 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5130 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5131                                         unsigned long zone_type,
5132                                         unsigned long node_start_pfn,
5133                                         unsigned long node_end_pfn,
5134                                         unsigned long *zones_size)
5135 {
5136         return zones_size[zone_type];
5137 }
5138
5139 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5140                                                 unsigned long zone_type,
5141                                                 unsigned long node_start_pfn,
5142                                                 unsigned long node_end_pfn,
5143                                                 unsigned long *zholes_size)
5144 {
5145         if (!zholes_size)
5146                 return 0;
5147
5148         return zholes_size[zone_type];
5149 }
5150
5151 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5152
5153 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5154                                                 unsigned long node_start_pfn,
5155                                                 unsigned long node_end_pfn,
5156                                                 unsigned long *zones_size,
5157                                                 unsigned long *zholes_size)
5158 {
5159         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5160         enum zone_type i;
5161
5162         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5163                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5164                 unsigned long size, real_size;
5165
5166                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5167                                                   node_start_pfn,
5168                                                   node_end_pfn,
5169                                                   zones_size);
5170                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5171                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5172                                                   zholes_size);
5173                 zone->spanned_pages = size;
5174                 zone->present_pages = real_size;
5175
5176                 totalpages += size;
5177                 realtotalpages += real_size;
5178         }
5179
5180         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5181         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5182         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5183                                                         realtotalpages);
5184 }
5185
5186 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5187 /*
5188  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5189  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5190  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5191  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5192  * bytes.
5193  */
5194 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5195 {
5196         unsigned long usemapsize;
5197
5198         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5199         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5200         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5201         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5202         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5203
5204         return usemapsize / 8;
5205 }
5206
5207 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5208                                 struct zone *zone,
5209                                 unsigned long zone_start_pfn,
5210                                 unsigned long zonesize)
5211 {
5212         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5213         zone->pageblock_flags = NULL;
5214         if (usemapsize)
5215                 zone->pageblock_flags =
5216                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5217                                                          pgdat->node_id);
5218 }
5219 #else
5220 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5221                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5222 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5223
5224 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5225
5226 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5227 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5228 {
5229         unsigned int order;
5230
5231         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5232         if (pageblock_order)
5233                 return;
5234
5235         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5236                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5237         else
5238                 order = MAX_ORDER - 1;
5239
5240         /*
5241          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5242          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5243          * powerpc.
5244          */
5245         pageblock_order = order;
5246 }
5247 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5248
5249 /*
5250  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5251  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5252  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5253  * the kernel config
5254  */
5255 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5256 {
5257 }
5258
5259 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5260
5261 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5262                                                    unsigned long present_pages)
5263 {
5264         unsigned long pages = spanned_pages;
5265
5266         /*
5267          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5268          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5269          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5270          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5271          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5272          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5273          */
5274         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5275             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5276                 pages = present_pages;
5277
5278         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5279 }
5280
5281 /*
5282  * Set up the zone data structures:
5283  *   - mark all pages reserved
5284  *   - mark all memory queues empty
5285  *   - clear the memory bitmaps
5286  *
5287  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5288  */
5289 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5290 {
5291         enum zone_type j;
5292         int nid = pgdat->node_id;
5293         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5294         int ret;
5295
5296         pgdat_resize_init(pgdat);
5297 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5298         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5299         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5300         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5301 #endif
5302         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5303         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5304         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5305
5306         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5307                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5308                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5309
5310                 size = zone->spanned_pages;
5311                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5312
5313                 /*
5314                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5315                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5316                  * and per-cpu initialisations
5317                  */
5318                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5319                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5320                         if (freesize >= memmap_pages) {
5321                                 freesize -= memmap_pages;
5322                                 if (memmap_pages)
5323                                         printk(KERN_DEBUG
5324                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5325                                                zone_names[j], memmap_pages);
5326                         } else
5327                                 printk(KERN_WARNING
5328                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5329                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5330                 }
5331
5332                 /* Account for reserved pages */
5333                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5334                         freesize -= dma_reserve;
5335                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5336                                         zone_names[0], dma_reserve);
5337                 }
5338
5339                 if (!is_highmem_idx(j))
5340                         nr_kernel_pages += freesize;
5341                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5342                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5343                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5344                 nr_all_pages += freesize;
5345
5346                 /*
5347                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5348                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5349                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5350                  */
5351                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5352 #ifdef CONFIG_NUMA
5353                 zone->node = nid;
5354                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5355                                                 / 100;
5356                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5357 #endif
5358                 zone->name = zone_names[j];
5359                 spin_lock_init(&zone->lock);
5360                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5361                 zone_seqlock_init(zone);
5362                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5363                 zone_pcp_init(zone);
5364
5365                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5366                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5367
5368                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5369                 if (!size)
5370                         continue;
5371
5372                 set_pageblock_order();
5373                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5374                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5375                 BUG_ON(ret);
5376                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5377                 zone_start_pfn += size;
5378         }
5379 }
5380
5381 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5382 {
5383         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5384         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5385
5386         /* Skip empty nodes */
5387         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5388                 return;
5389
5390 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5391         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5392         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5393         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5394         if (!pgdat->node_mem_map) {
5395                 unsigned long size, end;
5396                 struct page *map;
5397
5398                 /*
5399                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5400                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5401                  * for the buddy allocator to function correctly.
5402                  */
5403                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5404                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5405                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5406                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5407                 if (!map)
5408                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5409                                                                pgdat->node_id);
5410                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5411         }
5412 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5413         /*
5414          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5415          */
5416         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5417                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5418 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5419                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5420                         mem_map -= offset;
5421 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5422         }
5423 #endif
5424 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5425 }
5426
5427 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5428                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5429 {
5430         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5431         unsigned long start_pfn = 0;
5432         unsigned long end_pfn = 0;
5433
5434         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5435         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5436
5437         pgdat->node_id = nid;
5438         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5439 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5440         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5441         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5442                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5443                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5444 #endif
5445         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5446                                   zones_size, zholes_size);
5447
5448         alloc_node_mem_map(pgdat);
5449 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5450         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5451                 nid, (unsigned long)pgdat,
5452                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5453 #endif
5454
5455         reset_deferred_meminit(pgdat);
5456         free_area_init_core(pgdat);
5457 }
5458
5459 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5460
5461 #if MAX_NUMNODES > 1
5462 /*
5463  * Figure out the number of possible node ids.
5464  */
5465 void __init setup_nr_node_ids(void)
5466 {
5467         unsigned int highest;
5468
5469         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5470         nr_node_ids = highest + 1;
5471 }
5472 #endif
5473
5474 /**
5475  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5476  *
5477  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5478  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5479  * all the nodes.
5480  *
5481  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5482  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5483  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5484  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5485  *
5486  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5487  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5488  * populated node map.
5489  *
5490  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5491  * requirement (single node).
5492  */
5493 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5494 {
5495         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5496         unsigned long start, end, mask;
5497         int last_nid = -1;
5498         int i, nid;
5499
5500         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5501                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5502                         last_nid = nid;
5503                         last_end = end;
5504                         continue;
5505                 }
5506
5507                 /*
5508                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5509                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5510                  * too coarse to separate the current node from the last.
5511                  */
5512                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5513                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5514                         mask <<= 1;
5515
5516                 /* accumulate all internode masks */
5517                 accl_mask |= mask;
5518         }
5519
5520         /* convert mask to number of pages */
5521         return ~accl_mask + 1;
5522 }
5523
5524 /* Find the lowest pfn for a node */
5525 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5526 {
5527         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5528         unsigned long start_pfn;
5529         int i;
5530
5531         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5532                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5533
5534         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5535                 printk(KERN_WARNING
5536                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5537                 return 0;
5538         }
5539
5540         return min_pfn;
5541 }
5542
5543 /**
5544  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5545  *
5546  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5547  * memblock_set_node().
5548  */
5549 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5550 {
5551         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5552 }
5553
5554 /*
5555  * early_calculate_totalpages()
5556  * Sum pages in active regions for movable zone.
5557  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5558  */
5559 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5560 {
5561         unsigned long totalpages = 0;
5562         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5563         int i, nid;
5564
5565         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5566                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5567
5568                 totalpages += pages;
5569                 if (pages)
5570                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5571         }
5572         return totalpages;
5573 }
5574
5575 /*
5576  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5577  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5578  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5579  * others
5580  */
5581 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5582 {
5583         int i, nid;
5584         unsigned long usable_startpfn;
5585         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5586         /* save the state before borrow the nodemask */
5587         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5588         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5589         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5590         struct memblock_region *r;
5591
5592         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5593         find_usable_zone_for_movable();
5594
5595         /*
5596          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5597          * options.
5598          */
5599         if (movable_node_is_enabled()) {
5600                 for_each_memblock(memory, r) {
5601                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5602                                 continue;
5603
5604                         nid = r->nid;
5605
5606                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5607                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5608                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5609                                 usable_startpfn;
5610                 }
5611
5612                 goto out2;
5613         }
5614
5615         /*
5616          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5617          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5618          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5619          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5620          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5621          * what movablecore would have allowed.
5622          */
5623         if (required_movablecore) {
5624                 unsigned long corepages;
5625
5626                 /*
5627                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5628                  * was requested by the user
5629                  */
5630                 required_movablecore =
5631                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5632                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5633                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5634
5635                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5636         }
5637
5638         /*
5639          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5640          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5641          */
5642         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5643                 goto out;
5644
5645         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5646         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5647
5648 restart:
5649         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5650         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5651         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5652                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5653
5654                 /*
5655                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5656                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5657                  * amount of memory for the kernel
5658                  */
5659                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5660                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5661
5662                 /*
5663                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5664                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5665                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5666                  */
5667                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5668
5669                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5670                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5671                         unsigned long size_pages;
5672
5673                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5674                         if (start_pfn >= end_pfn)
5675                                 continue;
5676
5677                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5678                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5679                                 unsigned long kernel_pages;
5680                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5681                                                                 - start_pfn;
5682
5683                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5684                                                         kernelcore_remaining);
5685                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5686                                                         required_kernelcore);
5687
5688                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5689                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5690
5691                                         /*
5692                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5693                                          * that if we have to rebalance
5694                                          * kernelcore across nodes, we will
5695                                          * not double account here
5696                                          */
5697                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5698                                         continue;
5699                                 }
5700                                 start_pfn = usable_startpfn;
5701                         }
5702
5703                         /*
5704                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5705                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5706                          * number of pages used as kernelcore
5707                          */
5708                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5709                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5710                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5711                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5712
5713                         /*
5714                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5715                          * break if the kernelcore for this node has been
5716                          * satisfied
5717                          */
5718                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5719                                                                 size_pages);
5720                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5721                         if (!kernelcore_remaining)
5722                                 break;
5723                 }
5724         }
5725
5726         /*
5727          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5728          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5729          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5730          * satisfied
5731          */
5732         usable_nodes--;
5733         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5734                 goto restart;
5735
5736 out2:
5737         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5738         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5739                 zone_movable_pfn[nid] =
5740                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5741
5742 out:
5743         /* restore the node_state */
5744         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5745 }
5746
5747 /* Any regular or high memory on that node ? */
5748 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5749 {
5750         enum zone_type zone_type;
5751
5752         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5753                 return;
5754
5755         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5756                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5757                 if (populated_zone(zone)) {
5758                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5759                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5760                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5761                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5762                         break;
5763                 }
5764         }
5765 }
5766
5767 /**
5768  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5769  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5770  *
5771  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5772  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5773  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5774  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5775  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5776  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5777  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5778  * at arch_max_dma_pfn.
5779  */
5780 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5781 {
5782         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5783         int i, nid;
5784
5785         /* Record where the zone boundaries are */
5786         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5787                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5788         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5789                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5790
5791         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
5792
5793         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5794                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5795                         continue;
5796
5797                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
5798                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
5799                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
5800
5801                 start_pfn = end_pfn;
5802         }
5803         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5804         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5805
5806         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5807         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5808         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5809
5810         /* Print out the zone ranges */
5811         pr_info("Zone ranges:\n");
5812         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5813                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5814                         continue;
5815                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5816                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5817                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5818                         pr_cont("empty\n");
5819                 else
5820                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5821                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5822                                         << PAGE_SHIFT,
5823                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5824                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5825         }
5826
5827         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5828         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5829         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5830                 if (zone_movable_pfn[i])
5831                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5832                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5833         }
5834
5835         /* Print out the early node map */
5836         pr_info("Early memory node ranges\n");
5837         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5838                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5839                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5840                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5841
5842         /* Initialise every node */
5843         mminit_verify_pageflags_layout();
5844         setup_nr_node_ids();
5845         for_each_online_node(nid) {
5846                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5847                 free_area_init_node(nid, NULL,
5848                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5849
5850                 /* Any memory on that node */
5851                 if (pgdat->node_present_pages)
5852                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5853                 check_for_memory(pgdat, nid);
5854         }
5855 }
5856
5857 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5858 {
5859         unsigned long long coremem;
5860         if (!p)
5861                 return -EINVAL;
5862
5863         coremem = memparse(p, &p);
5864         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5865
5866         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5867         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5868
5869         return 0;
5870 }
5871
5872 /*
5873  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5874  * cannot be reclaimed or migrated.
5875  */
5876 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5877 {
5878         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5879 }
5880
5881 /*
5882  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5883  * can be reclaimed or migrated.
5884  */
5885 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5886 {
5887         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5888 }
5889
5890 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5891 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5892
5893 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5894
5895 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5896 {
5897         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5898         page_zone(page)->managed_pages += count;
5899         totalram_pages += count;
5900 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5901         if (PageHighMem(page))
5902                 totalhigh_pages += count;
5903 #endif
5904         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5905 }
5906 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5907
5908 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5909 {
5910         void *pos;
5911         unsigned long pages = 0;
5912
5913         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5914         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5915         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5916                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5917                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5918                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5919         }
5920
5921         if (pages && s)
5922                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
5923                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
5924
5925         return pages;
5926 }
5927 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5928
5929 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5930 void free_highmem_page(struct page *page)
5931 {
5932         __free_reserved_page(page);
5933         totalram_pages++;
5934         page_zone(page)->managed_pages++;
5935         totalhigh_pages++;
5936 }
5937 #endif
5938
5939
5940 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5941 {
5942         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5943         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5944
5945         physpages = get_num_physpages();
5946         codesize = _etext - _stext;
5947         datasize = _edata - _sdata;
5948         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5949         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5950         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5951         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5952
5953         /*
5954          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5955          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5956          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5957          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5958          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5959          */
5960 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5961         do { \
5962                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5963                         size -= adj; \
5964         } while (0)
5965
5966         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5967                      _sinittext, init_code_size);
5968         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5969         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5970         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5971         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5972
5973 #undef  adj_init_size
5974
5975         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5976                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5977                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5978 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5979                ", %luK highmem"
5980 #endif
5981                "%s%s)\n",
5982                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5983                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5984                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5985                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5986                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5987 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5988                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5989 #endif
5990                str ? ", " : "", str ? str : "");
5991 }
5992
5993 /**
5994  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5995  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5996  *
5997  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5998  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5999  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6000  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6001  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6002  * smaller per-cpu batchsize.
6003  */
6004 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6005 {
6006         dma_reserve = new_dma_reserve;
6007 }
6008
6009 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6010 {
6011         free_area_init_node(0, zones_size,
6012                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6013 }
6014
6015 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6016                                  unsigned long action, void *hcpu)
6017 {
6018         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6019
6020         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6021                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6022                 drain_pages(cpu);
6023
6024                 /*
6025                  * Spill the event counters of the dead processor
6026                  * into the current processors event counters.
6027                  * This artificially elevates the count of the current
6028                  * processor.
6029                  */
6030                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6031
6032                 /*
6033                  * Zero the differential counters of the dead processor
6034                  * so that the vm statistics are consistent.
6035                  *
6036                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6037                  * race with what we are doing.
6038                  */
6039                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6040         }
6041         return NOTIFY_OK;
6042 }
6043
6044 void __init page_alloc_init(void)
6045 {
6046         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6047 }
6048
6049 /*
6050  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6051  *      or min_free_kbytes changes.
6052  */
6053 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6054 {
6055         struct pglist_data *pgdat;
6056         unsigned long reserve_pages = 0;
6057         enum zone_type i, j;
6058
6059         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6060                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6061                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6062                         long max = 0;
6063
6064                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6065                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6066                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6067                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6068                         }
6069
6070                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6071                         max += high_wmark_pages(zone);
6072
6073                         if (max > zone->managed_pages)
6074                                 max = zone->managed_pages;
6075                         reserve_pages += max;
6076                         /*
6077                          * Lowmem reserves are not available to
6078                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6079                          * kswapd tries to balance zones to their high
6080                          * watermark.  As a result, neither should be
6081                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6082                          * situation where reclaim has to clean pages
6083                          * in order to balance the zones.
6084                          */
6085                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6086                 }
6087         }
6088         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6089         totalreserve_pages = reserve_pages;
6090 }
6091
6092 /*
6093  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6094  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6095  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6096  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6097  */
6098 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6099 {
6100         struct pglist_data *pgdat;
6101         enum zone_type j, idx;
6102
6103         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6104                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6105                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6106                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6107
6108                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6109
6110                         idx = j;
6111                         while (idx) {
6112                                 struct zone *lower_zone;
6113
6114                                 idx--;
6115
6116                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6117                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6118
6119                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6120                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6121                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6122                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6123                         }
6124                 }
6125         }
6126
6127         /* update totalreserve_pages */
6128         calculate_totalreserve_pages();
6129 }
6130
6131 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6132 {
6133         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6134         unsigned long lowmem_pages = 0;
6135         struct zone *zone;
6136         unsigned long flags;
6137
6138         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6139         for_each_zone(zone) {
6140                 if (!is_highmem(zone))
6141                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6142         }
6143
6144         for_each_zone(zone) {
6145                 u64 tmp;
6146
6147                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6148                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6149                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6150                 if (is_highmem(zone)) {
6151                         /*
6152                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6153                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6154                          * value here.
6155                          *
6156                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6157                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6158                          * not be capped for highmem.
6159                          */
6160                         unsigned long min_pages;
6161
6162                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6163                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6164                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6165                 } else {
6166                         /*
6167                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6168                          * proportionate to the zone's size.
6169                          */
6170                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6171                 }
6172
6173                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6174                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6175
6176                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6177                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6178                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6179
6180                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6181         }
6182
6183         /* update totalreserve_pages */
6184         calculate_totalreserve_pages();
6185 }
6186
6187 /**
6188  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6189  * or when memory is hot-{added|removed}
6190  *
6191  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6192  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6193  */
6194 void setup_per_zone_wmarks(void)
6195 {
6196         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6197         __setup_per_zone_wmarks();
6198         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6199 }
6200
6201 /*
6202  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6203  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6204  * to be referenced again before it is swapped out.
6205  *
6206  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6207  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6208  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6209  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6210  *
6211  * total     target    max
6212  * memory    ratio     inactive anon
6213  * -------------------------------------
6214  *   10MB       1         5MB
6215  *  100MB       1        50MB
6216  *    1GB       3       250MB
6217  *   10GB      10       0.9GB
6218  *  100GB      31         3GB
6219  *    1TB     101        10GB
6220  *   10TB     320        32GB
6221  */
6222 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6223 {
6224         unsigned int gb, ratio;
6225
6226         /* Zone size in gigabytes */
6227         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6228         if (gb)
6229                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6230         else
6231                 ratio = 1;
6232
6233         zone->inactive_ratio = ratio;
6234 }
6235
6236 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6237 {
6238         struct zone *zone;
6239
6240         for_each_zone(zone)
6241                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6242 }
6243
6244 /*
6245  * Initialise min_free_kbytes.
6246  *
6247  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6248  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6249  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6250  *
6251  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6252  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6253  *
6254  * which yields
6255  *
6256  * 16MB:        512k
6257  * 32MB:        724k
6258  * 64MB:        1024k
6259  * 128MB:       1448k
6260  * 256MB:       2048k
6261  * 512MB:       2896k
6262  * 1024MB:      4096k
6263  * 2048MB:      5792k
6264  * 4096MB:      8192k
6265  * 8192MB:      11584k
6266  * 16384MB:     16384k
6267  */
6268 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6269 {
6270         unsigned long lowmem_kbytes;
6271         int new_min_free_kbytes;
6272
6273         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6274         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6275
6276         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6277                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6278                 if (min_free_kbytes < 128)
6279                         min_free_kbytes = 128;
6280                 if (min_free_kbytes > 65536)
6281                         min_free_kbytes = 65536;
6282         } else {
6283                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6284                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6285         }
6286         setup_per_zone_wmarks();
6287         refresh_zone_stat_thresholds();
6288         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6289         setup_per_zone_inactive_ratio();
6290         return 0;
6291 }
6292 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6293
6294 /*
6295  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6296  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6297  *      changes.
6298  */
6299 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6300         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6301 {
6302         int rc;
6303
6304         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6305         if (rc)
6306                 return rc;
6307
6308         if (write) {
6309                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6310                 setup_per_zone_wmarks();
6311         }
6312         return 0;
6313 }
6314
6315 #ifdef CONFIG_NUMA
6316 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6317         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6318 {
6319         struct zone *zone;
6320         int rc;
6321
6322         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6323         if (rc)
6324                 return rc;
6325
6326         for_each_zone(zone)
6327                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6328                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6329         return 0;
6330 }
6331
6332 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6333         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6334 {
6335         struct zone *zone;
6336         int rc;
6337
6338         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6339         if (rc)
6340                 return rc;
6341
6342         for_each_zone(zone)
6343                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6344                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6345         return 0;
6346 }
6347 #endif
6348
6349 /*
6350  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6351  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6352  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6353  *
6354  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6355  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6356  * if in function of the boot time zone sizes.
6357  */
6358 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6359         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6360 {
6361         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6362         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6363         return 0;
6364 }
6365
6366 /*
6367  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6368  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6369  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6370  */
6371 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6372         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6373 {
6374         struct zone *zone;
6375         int old_percpu_pagelist_fraction;
6376         int ret;
6377
6378         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6379         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6380
6381         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6382         if (!write || ret < 0)
6383                 goto out;
6384
6385         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6386         if (percpu_pagelist_fraction &&
6387             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6388                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6389                 ret = -EINVAL;
6390                 goto out;
6391         }
6392
6393         /* No change? */
6394         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6395                 goto out;
6396
6397         for_each_populated_zone(zone) {
6398                 unsigned int cpu;
6399
6400                 for_each_possible_cpu(cpu)
6401                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6402                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6403         }
6404 out:
6405         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6406         return ret;
6407 }
6408
6409 #ifdef CONFIG_NUMA
6410 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6411
6412 static int __init set_hashdist(char *str)
6413 {
6414         if (!str)
6415                 return 0;
6416         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6417         return 1;
6418 }
6419 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6420 #endif
6421
6422 /*
6423  * allocate a large system hash table from bootmem
6424  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6425  *   quantity of entries
6426  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6427  */
6428 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6429                                      unsigned long bucketsize,
6430                                      unsigned long numentries,
6431                                      int scale,
6432                                      int flags,
6433                                      unsigned int *_hash_shift,
6434                                      unsigned int *_hash_mask,
6435                                      unsigned long low_limit,
6436                                      unsigned long high_limit)
6437 {
6438         unsigned long long max = high_limit;
6439         unsigned long log2qty, size;
6440         void *table = NULL;
6441
6442         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6443         if (!numentries) {
6444                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6445                 numentries = nr_kernel_pages;
6446
6447                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6448                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6449                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6450
6451                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6452                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6453                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6454                 else
6455                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6456
6457                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6458                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6459                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6460                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6461                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6462                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6463                                 BUG_ON(!numentries);
6464                         }
6465                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6466                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6467         }
6468         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6469
6470         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6471         if (max == 0) {
6472                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6473                 do_div(max, bucketsize);
6474         }
6475         max = min(max, 0x80000000ULL);
6476
6477         if (numentries < low_limit)
6478                 numentries = low_limit;
6479         if (numentries > max)
6480                 numentries = max;
6481
6482         log2qty = ilog2(numentries);
6483
6484         do {
6485                 size = bucketsize << log2qty;
6486                 if (flags & HASH_EARLY)
6487                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6488                 else if (hashdist)
6489                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6490                 else {
6491                         /*
6492                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6493                          * some pages at the end of hash table which
6494                          * alloc_pages_exact() automatically does
6495                          */
6496                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6497                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6498                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6499                         }
6500                 }
6501         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6502
6503         if (!table)
6504                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6505
6506         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6507                tablename,
6508                (1UL << log2qty),
6509                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6510                size);
6511
6512         if (_hash_shift)
6513                 *_hash_shift = log2qty;
6514         if (_hash_mask)
6515                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6516
6517         return table;
6518 }
6519
6520 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6521 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6522                                                         unsigned long pfn)
6523 {
6524 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6525         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6526 #else
6527         return zone->pageblock_flags;
6528 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6529 }
6530
6531 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6532 {
6533 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6534         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6535         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6536 #else
6537         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6538         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6539 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6540 }
6541
6542 /**
6543  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6544  * @page: The page within the block of interest
6545  * @pfn: The target page frame number
6546  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6547  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6548  *
6549  * Return: pageblock_bits flags
6550  */
6551 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6552                                         unsigned long end_bitidx,
6553                                         unsigned long mask)
6554 {
6555         struct zone *zone;
6556         unsigned long *bitmap;
6557         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6558         unsigned long word;
6559
6560         zone = page_zone(page);
6561         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6562         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6563         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6564         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6565
6566         word = bitmap[word_bitidx];
6567         bitidx += end_bitidx;
6568         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6569 }
6570
6571 /**
6572  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6573  * @page: The page within the block of interest
6574  * @flags: The flags to set
6575  * @pfn: The target page frame number
6576  * @end_bitidx: The last bit of interest
6577  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6578  */
6579 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6580                                         unsigned long pfn,
6581                                         unsigned long end_bitidx,
6582                                         unsigned long mask)
6583 {
6584         struct zone *zone;
6585         unsigned long *bitmap;
6586         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6587         unsigned long old_word, word;
6588
6589         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6590
6591         zone = page_zone(page);
6592         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6593         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6594         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6595         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6596
6597         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6598
6599         bitidx += end_bitidx;
6600         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6601         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6602
6603         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6604         for (;;) {
6605                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6606                 if (word == old_word)
6607                         break;
6608                 word = old_word;
6609         }
6610 }
6611
6612 /*
6613  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6614  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6615  *
6616  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6617  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6618  * expect this function should be exact.
6619  */
6620 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6621                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6622 {
6623         unsigned long pfn, iter, found;
6624         int mt;
6625
6626         /*
6627          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6628          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6629          */
6630         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6631                 return false;
6632         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6633         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6634                 return false;
6635
6636         pfn = page_to_pfn(page);
6637         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6638                 unsigned long check = pfn + iter;
6639
6640                 if (!pfn_valid_within(check))
6641                         continue;
6642
6643                 page = pfn_to_page(check);
6644
6645                 /*
6646                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6647                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6648                  * handle each tail page individually in migration.
6649                  */
6650                 if (PageHuge(page)) {
6651                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6652                         continue;
6653                 }
6654
6655                 /*
6656                  * We can't use page_count without pin a page
6657                  * because another CPU can free compound page.
6658                  * This check already skips compound tails of THP
6659                  * because their page->_count is zero at all time.
6660                  */
6661                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6662                         if (PageBuddy(page))
6663                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6664                         continue;
6665                 }
6666
6667                 /*
6668                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6669                  * page_count() is not 0.
6670                  */
6671                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6672                         continue;
6673
6674                 if (!PageLRU(page))
6675                         found++;
6676                 /*
6677                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6678                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6679                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6680                  */
6681                 /*
6682                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6683                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6684                  *
6685                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6686                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6687                  * page at boot.
6688                  */
6689                 if (found > count)
6690                         return true;
6691         }
6692         return false;
6693 }
6694
6695 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6696 {
6697         struct zone *zone;
6698         unsigned long pfn;
6699
6700         /*
6701          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6702          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6703          * the zone but still within the section.
6704          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6705          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6706          */
6707         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6708                 return false;
6709
6710         zone = page_zone(page);
6711         pfn = page_to_pfn(page);
6712         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6713                 return false;
6714
6715         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6716 }
6717
6718 #ifdef CONFIG_CMA
6719
6720 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6721 {
6722         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6723                              pageblock_nr_pages) - 1);
6724 }
6725
6726 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6727 {
6728         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6729                                 pageblock_nr_pages));
6730 }
6731
6732 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6733 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6734                                         unsigned long start, unsigned long end)
6735 {
6736         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6737         unsigned long nr_reclaimed;
6738         unsigned long pfn = start;
6739         unsigned int tries = 0;
6740         int ret = 0;
6741
6742         migrate_prep();
6743
6744         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6745                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6746                         ret = -EINTR;
6747                         break;
6748                 }
6749
6750                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6751                         cc->nr_migratepages = 0;
6752                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6753                         if (!pfn) {
6754                                 ret = -EINTR;
6755                                 break;
6756                         }
6757                         tries = 0;
6758                 } else if (++tries == 5) {
6759                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6760                         break;
6761                 }
6762
6763                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6764                                                         &cc->migratepages);
6765                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6766
6767                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6768                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6769         }
6770         if (ret < 0) {
6771                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6772                 return ret;
6773         }
6774         return 0;
6775 }
6776
6777 /**
6778  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6779  * @start:      start PFN to allocate
6780  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6781  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6782  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6783  *                      in range must have the same migratetype and it must
6784  *                      be either of the two.
6785  *
6786  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6787  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6788  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6789  * pages fall in.
6790  *
6791  * The PFN range must belong to a single zone.
6792  *
6793  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6794  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6795  * need to be freed with free_contig_range().
6796  */
6797 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6798                        unsigned migratetype)
6799 {
6800         unsigned long outer_start, outer_end;
6801         unsigned int order;
6802         int ret = 0;
6803
6804         struct compact_control cc = {
6805                 .nr_migratepages = 0,
6806                 .order = -1,
6807                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6808                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6809                 .ignore_skip_hint = true,
6810         };
6811         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6812
6813         /*
6814          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6815          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6816          * have different sizes, and due to the way page allocator
6817          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6818          * that page allocator won't try to merge buddies from
6819          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6820          * other migration type.
6821          *
6822          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6823          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6824          * we are interested in).  This will put all the pages in
6825          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6826          *
6827          * When this is done, we take the pages in range from page
6828          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6829          * page allocator will never consider using them.
6830          *
6831          * This lets us mark the pageblocks back as
6832          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6833          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6834          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6835          */
6836
6837         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6838                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6839                                        false);
6840         if (ret)
6841                 return ret;
6842
6843         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6844         if (ret)
6845                 goto done;
6846
6847         /*
6848          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6849          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6850          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6851          * What we are going to do is to allocate all pages from
6852          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6853          *
6854          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6855          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6856          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6857          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6858          * once this is done free the pages we are not interested in.
6859          *
6860          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6861          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6862          */
6863
6864         lru_add_drain_all();
6865         drain_all_pages(cc.zone);
6866
6867         order = 0;
6868         outer_start = start;
6869         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6870                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6871                         ret = -EBUSY;
6872                         goto done;
6873                 }
6874                 outer_start &= ~0UL << order;
6875         }
6876
6877         /* Make sure the range is really isolated. */
6878         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6879                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6880                         __func__, outer_start, end);
6881                 ret = -EBUSY;
6882                 goto done;
6883         }
6884
6885         /* Grab isolated pages from freelists. */
6886         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6887         if (!outer_end) {
6888                 ret = -EBUSY;
6889                 goto done;
6890         }
6891
6892         /* Free head and tail (if any) */
6893         if (start != outer_start)
6894                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6895         if (end != outer_end)
6896                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6897
6898 done:
6899         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6900                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6901         return ret;
6902 }
6903
6904 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6905 {
6906         unsigned int count = 0;
6907
6908         for (; nr_pages--; pfn++) {
6909                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6910
6911                 count += page_count(page) != 1;
6912                 __free_page(page);
6913         }
6914         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6915 }
6916 #endif
6917
6918 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6919 /*
6920  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6921  * page high values need to be recalulated.
6922  */
6923 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6924 {
6925         unsigned cpu;
6926         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6927         for_each_possible_cpu(cpu)
6928                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6929                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6930         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6931 }
6932 #endif
6933
6934 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6935 {
6936         unsigned long flags;
6937         int cpu;
6938         struct per_cpu_pageset *pset;
6939
6940         /* avoid races with drain_pages()  */
6941         local_irq_save(flags);
6942         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6943                 for_each_online_cpu(cpu) {
6944                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6945                         drain_zonestat(zone, pset);
6946                 }
6947                 free_percpu(zone->pageset);
6948                 zone->pageset = &boot_pageset;
6949         }
6950         local_irq_restore(flags);
6951 }
6952
6953 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6954 /*
6955  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6956  */
6957 void
6958 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6959 {
6960         struct page *page;
6961         struct zone *zone;
6962         unsigned int order, i;
6963         unsigned long pfn;
6964         unsigned long flags;
6965         /* find the first valid pfn */
6966         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6967                 if (pfn_valid(pfn))
6968                         break;
6969         if (pfn == end_pfn)
6970                 return;
6971         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6972         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6973         pfn = start_pfn;
6974         while (pfn < end_pfn) {
6975                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6976                         pfn++;
6977                         continue;
6978                 }
6979                 page = pfn_to_page(pfn);
6980                 /*
6981                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6982                  * page_count() is not 0.
6983                  */
6984                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6985                         pfn++;
6986                         SetPageReserved(page);
6987                         continue;
6988                 }
6989
6990                 BUG_ON(page_count(page));
6991                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6992                 order = page_order(page);
6993 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6994                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6995                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6996 #endif
6997                 list_del(&page->lru);
6998                 rmv_page_order(page);
6999                 zone->free_area[order].nr_free--;
7000                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7001                         SetPageReserved((page+i));
7002                 pfn += (1 << order);
7003         }
7004         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7005 }
7006 #endif
7007
7008 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
7009 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7010 {
7011         struct zone *zone = page_zone(page);
7012         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7013         unsigned long flags;
7014         unsigned int order;
7015
7016         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7017         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7018                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7019
7020                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7021                         break;
7022         }
7023         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7024
7025         return order < MAX_ORDER;
7026 }
7027 #endif