]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
Merge branch 'for-4.11' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tj/cgroup
[karo-tx-linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 /* work_structs for global per-cpu drains */
95 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
96 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
97
98 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
99 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
100 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
101 #endif
102
103 /*
104  * Array of node states.
105  */
106 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
107         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
108         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
109 #ifndef CONFIG_NUMA
110         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
111 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
112         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
113 #endif
114 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
115         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
116 #endif
117         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif  /* NUMA */
119 };
120 EXPORT_SYMBOL(node_states);
121
122 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
123 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
124
125 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
126 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
127 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
128
129 int percpu_pagelist_fraction;
130 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
131
132 /*
133  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
134  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
135  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
136  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
137  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
138  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
139  */
140 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
141 {
142         return page->index;
143 }
144
145 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
146 {
147         page->index = migratetype;
148 }
149
150 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
151 /*
152  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
153  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
154  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
155  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
156  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
157  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
158  */
159
160 static gfp_t saved_gfp_mask;
161
162 void pm_restore_gfp_mask(void)
163 {
164         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
165         if (saved_gfp_mask) {
166                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
167                 saved_gfp_mask = 0;
168         }
169 }
170
171 void pm_restrict_gfp_mask(void)
172 {
173         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
174         WARN_ON(saved_gfp_mask);
175         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
176         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
177 }
178
179 bool pm_suspended_storage(void)
180 {
181         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
182                 return false;
183         return true;
184 }
185 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
186
187 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
188 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
189 #endif
190
191 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
192
193 /*
194  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
195  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
196  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
197  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
198  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
199  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
200  *
201  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
202  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
203  */
204 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
205 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
206          256,
207 #endif
208 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
209          256,
210 #endif
211 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
212          32,
213 #endif
214          32,
215 };
216
217 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
218
219 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
220 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
221          "DMA",
222 #endif
223 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
224          "DMA32",
225 #endif
226          "Normal",
227 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
228          "HighMem",
229 #endif
230          "Movable",
231 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
232          "Device",
233 #endif
234 };
235
236 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
237         "Unmovable",
238         "Movable",
239         "Reclaimable",
240         "HighAtomic",
241 #ifdef CONFIG_CMA
242         "CMA",
243 #endif
244 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
245         "Isolate",
246 #endif
247 };
248
249 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
250         NULL,
251         free_compound_page,
252 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
253         free_huge_page,
254 #endif
255 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
256         free_transhuge_page,
257 #endif
258 };
259
260 int min_free_kbytes = 1024;
261 int user_min_free_kbytes = -1;
262 int watermark_scale_factor = 10;
263
264 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
265 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
266 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
267
268 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
269 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
270 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
271 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
272 static unsigned long __initdata required_movablecore;
273 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
274 static bool mirrored_kernelcore;
275
276 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
277 int movable_zone;
278 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
279 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
280
281 #if MAX_NUMNODES > 1
282 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
283 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
284 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
285 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
286 #endif
287
288 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
289
290 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
291 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
292 {
293         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
294 }
295
296 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
297 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
298 {
299         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
300
301         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
302                 return true;
303
304         return false;
305 }
306
307 /*
308  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
309  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
310  */
311 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
312                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
313                                 unsigned long *nr_initialised)
314 {
315         unsigned long max_initialise;
316
317         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
318         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
319                 return true;
320         /*
321          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
322          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
323          */
324         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
325                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
326
327         (*nr_initialised)++;
328         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
329             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
330                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
331                 return false;
332         }
333
334         return true;
335 }
336 #else
337 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
338 {
339 }
340
341 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
342 {
343         return false;
344 }
345
346 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
347                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
348                                 unsigned long *nr_initialised)
349 {
350         return true;
351 }
352 #endif
353
354 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
355 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
356                                                         unsigned long pfn)
357 {
358 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
359         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
360 #else
361         return page_zone(page)->pageblock_flags;
362 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
363 }
364
365 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
366 {
367 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
368         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
369         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
370 #else
371         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
372         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
373 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
374 }
375
376 /**
377  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
378  * @page: The page within the block of interest
379  * @pfn: The target page frame number
380  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
381  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
382  *
383  * Return: pageblock_bits flags
384  */
385 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
386                                         unsigned long pfn,
387                                         unsigned long end_bitidx,
388                                         unsigned long mask)
389 {
390         unsigned long *bitmap;
391         unsigned long bitidx, word_bitidx;
392         unsigned long word;
393
394         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
395         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
396         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
397         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
398
399         word = bitmap[word_bitidx];
400         bitidx += end_bitidx;
401         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
402 }
403
404 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
405                                         unsigned long end_bitidx,
406                                         unsigned long mask)
407 {
408         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
409 }
410
411 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
412 {
413         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
414 }
415
416 /**
417  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
418  * @page: The page within the block of interest
419  * @flags: The flags to set
420  * @pfn: The target page frame number
421  * @end_bitidx: The last bit of interest
422  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
423  */
424 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
425                                         unsigned long pfn,
426                                         unsigned long end_bitidx,
427                                         unsigned long mask)
428 {
429         unsigned long *bitmap;
430         unsigned long bitidx, word_bitidx;
431         unsigned long old_word, word;
432
433         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
434
435         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
436         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
437         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
438         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
439
440         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
441
442         bitidx += end_bitidx;
443         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
444         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445
446         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
447         for (;;) {
448                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
449                 if (word == old_word)
450                         break;
451                 word = old_word;
452         }
453 }
454
455 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
456 {
457         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
458                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
459                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
460
461         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
462                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
463 }
464
465 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
466 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
467 {
468         int ret = 0;
469         unsigned seq;
470         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
471         unsigned long sp, start_pfn;
472
473         do {
474                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
475                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
476                 sp = zone->spanned_pages;
477                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
478                         ret = 1;
479         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
480
481         if (ret)
482                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
483                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
484                         start_pfn, start_pfn + sp);
485
486         return ret;
487 }
488
489 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
490 {
491         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
492                 return 0;
493         if (zone != page_zone(page))
494                 return 0;
495
496         return 1;
497 }
498 /*
499  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
500  */
501 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
502 {
503         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
504                 return 1;
505         if (!page_is_consistent(zone, page))
506                 return 1;
507
508         return 0;
509 }
510 #else
511 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
512 {
513         return 0;
514 }
515 #endif
516
517 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
518                 unsigned long bad_flags)
519 {
520         static unsigned long resume;
521         static unsigned long nr_shown;
522         static unsigned long nr_unshown;
523
524         /*
525          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
526          * or allow a steady drip of one report per second.
527          */
528         if (nr_shown == 60) {
529                 if (time_before(jiffies, resume)) {
530                         nr_unshown++;
531                         goto out;
532                 }
533                 if (nr_unshown) {
534                         pr_alert(
535                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
536                                 nr_unshown);
537                         nr_unshown = 0;
538                 }
539                 nr_shown = 0;
540         }
541         if (nr_shown++ == 0)
542                 resume = jiffies + 60 * HZ;
543
544         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
545                 current->comm, page_to_pfn(page));
546         __dump_page(page, reason);
547         bad_flags &= page->flags;
548         if (bad_flags)
549                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
550                                                 bad_flags, &bad_flags);
551         dump_page_owner(page);
552
553         print_modules();
554         dump_stack();
555 out:
556         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
557         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
558         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
559 }
560
561 /*
562  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
563  *
564  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
565  *
566  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
567  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
568  *
569  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
570  * page destructors. See compound_page_dtors.
571  *
572  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
573  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
574  */
575
576 void free_compound_page(struct page *page)
577 {
578         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
579 }
580
581 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
582 {
583         int i;
584         int nr_pages = 1 << order;
585
586         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
587         set_compound_order(page, order);
588         __SetPageHead(page);
589         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
590                 struct page *p = page + i;
591                 set_page_count(p, 0);
592                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
593                 set_compound_head(p, page);
594         }
595         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
596 }
597
598 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
599 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
600 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
601                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
602 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
603 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
604
605 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
606 {
607         if (!buf)
608                 return -EINVAL;
609         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
610 }
611 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
612
613 static bool need_debug_guardpage(void)
614 {
615         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
616         if (!debug_pagealloc_enabled())
617                 return false;
618
619         if (!debug_guardpage_minorder())
620                 return false;
621
622         return true;
623 }
624
625 static void init_debug_guardpage(void)
626 {
627         if (!debug_pagealloc_enabled())
628                 return;
629
630         if (!debug_guardpage_minorder())
631                 return;
632
633         _debug_guardpage_enabled = true;
634 }
635
636 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
637         .need = need_debug_guardpage,
638         .init = init_debug_guardpage,
639 };
640
641 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
642 {
643         unsigned long res;
644
645         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
646                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
647                 return 0;
648         }
649         _debug_guardpage_minorder = res;
650         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
651         return 0;
652 }
653 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
654
655 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
656                                 unsigned int order, int migratetype)
657 {
658         struct page_ext *page_ext;
659
660         if (!debug_guardpage_enabled())
661                 return false;
662
663         if (order >= debug_guardpage_minorder())
664                 return false;
665
666         page_ext = lookup_page_ext(page);
667         if (unlikely(!page_ext))
668                 return false;
669
670         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
671
672         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
673         set_page_private(page, order);
674         /* Guard pages are not available for any usage */
675         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
676
677         return true;
678 }
679
680 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
681                                 unsigned int order, int migratetype)
682 {
683         struct page_ext *page_ext;
684
685         if (!debug_guardpage_enabled())
686                 return;
687
688         page_ext = lookup_page_ext(page);
689         if (unlikely(!page_ext))
690                 return;
691
692         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
693
694         set_page_private(page, 0);
695         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
696                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
697 }
698 #else
699 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
700 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
701                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
702 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
703                                 unsigned int order, int migratetype) {}
704 #endif
705
706 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
707 {
708         set_page_private(page, order);
709         __SetPageBuddy(page);
710 }
711
712 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
713 {
714         __ClearPageBuddy(page);
715         set_page_private(page, 0);
716 }
717
718 /*
719  * This function checks whether a page is free && is the buddy
720  * we can do coalesce a page and its buddy if
721  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
722  * (b) the buddy is in the buddy system &&
723  * (c) a page and its buddy have the same order &&
724  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
725  *
726  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
727  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
728  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
729  * serialized by zone->lock.
730  *
731  * For recording page's order, we use page_private(page).
732  */
733 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
734                                                         unsigned int order)
735 {
736         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
737                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
738                         return 0;
739
740                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
741
742                 return 1;
743         }
744
745         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
746                 /*
747                  * zone check is done late to avoid uselessly
748                  * calculating zone/node ids for pages that could
749                  * never merge.
750                  */
751                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
752                         return 0;
753
754                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
755
756                 return 1;
757         }
758         return 0;
759 }
760
761 /*
762  * Freeing function for a buddy system allocator.
763  *
764  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
765  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
766  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
767  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
768  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
769  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
770  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
771  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
772  * parts of the VM system.
773  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
774  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
775  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
776  * field.
777  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
778  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
779  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
780  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
781  * triggers coalescing into a block of larger size.
782  *
783  * -- nyc
784  */
785
786 static inline void __free_one_page(struct page *page,
787                 unsigned long pfn,
788                 struct zone *zone, unsigned int order,
789                 int migratetype)
790 {
791         unsigned long combined_pfn;
792         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
793         struct page *buddy;
794         unsigned int max_order;
795
796         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
797
798         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
799         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
800
801         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
802         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
803                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
804
805         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
806         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
807
808 continue_merging:
809         while (order < max_order - 1) {
810                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
811                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
812
813                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
814                         goto done_merging;
815                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
816                         goto done_merging;
817                 /*
818                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
819                  * merge with it and move up one order.
820                  */
821                 if (page_is_guard(buddy)) {
822                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
823                 } else {
824                         list_del(&buddy->lru);
825                         zone->free_area[order].nr_free--;
826                         rmv_page_order(buddy);
827                 }
828                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
829                 page = page + (combined_pfn - pfn);
830                 pfn = combined_pfn;
831                 order++;
832         }
833         if (max_order < MAX_ORDER) {
834                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
835                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
836                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
837                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
838                  *
839                  * We don't want to hit this code for the more frequent
840                  * low-order merging.
841                  */
842                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
843                         int buddy_mt;
844
845                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
846                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
847                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
848
849                         if (migratetype != buddy_mt
850                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
851                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
852                                 goto done_merging;
853                 }
854                 max_order++;
855                 goto continue_merging;
856         }
857
858 done_merging:
859         set_page_order(page, order);
860
861         /*
862          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
863          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
864          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
865          * that is happening, add the free page to the tail of the list
866          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
867          * as a higher order page
868          */
869         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
870                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
871                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
872                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
873                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
874                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
875                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
876                         list_add_tail(&page->lru,
877                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
878                         goto out;
879                 }
880         }
881
882         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
883 out:
884         zone->free_area[order].nr_free++;
885 }
886
887 /*
888  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
889  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
890  * check if necessary.
891  */
892 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
893                                         unsigned long check_flags)
894 {
895         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
896                 return false;
897
898         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
899                         page_ref_count(page) |
900 #ifdef CONFIG_MEMCG
901                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
902 #endif
903                         (page->flags & check_flags)))
904                 return false;
905
906         return true;
907 }
908
909 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
910 {
911         const char *bad_reason;
912         unsigned long bad_flags;
913
914         bad_reason = NULL;
915         bad_flags = 0;
916
917         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
918                 bad_reason = "nonzero mapcount";
919         if (unlikely(page->mapping != NULL))
920                 bad_reason = "non-NULL mapping";
921         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
922                 bad_reason = "nonzero _refcount";
923         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
924                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
925                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
926         }
927 #ifdef CONFIG_MEMCG
928         if (unlikely(page->mem_cgroup))
929                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
930 #endif
931         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
932 }
933
934 static inline int free_pages_check(struct page *page)
935 {
936         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
937                 return 0;
938
939         /* Something has gone sideways, find it */
940         free_pages_check_bad(page);
941         return 1;
942 }
943
944 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
945 {
946         int ret = 1;
947
948         /*
949          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
950          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
951          */
952         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
953
954         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
955                 ret = 0;
956                 goto out;
957         }
958         switch (page - head_page) {
959         case 1:
960                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
961                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
962                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         case 2:
967                 /*
968                  * the second tail page: ->mapping is
969                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
970                  */
971                 break;
972         default:
973                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
974                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
975                         goto out;
976                 }
977                 break;
978         }
979         if (unlikely(!PageTail(page))) {
980                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
981                 goto out;
982         }
983         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
984                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
985                 goto out;
986         }
987         ret = 0;
988 out:
989         page->mapping = NULL;
990         clear_compound_head(page);
991         return ret;
992 }
993
994 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
995                                         unsigned int order, bool check_free)
996 {
997         int bad = 0;
998
999         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1000
1001         trace_mm_page_free(page, order);
1002         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1003
1004         /*
1005          * Check tail pages before head page information is cleared to
1006          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1007          */
1008         if (unlikely(order)) {
1009                 bool compound = PageCompound(page);
1010                 int i;
1011
1012                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1013
1014                 if (compound)
1015                         ClearPageDoubleMap(page);
1016                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1017                         if (compound)
1018                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1019                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1020                                 bad++;
1021                                 continue;
1022                         }
1023                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1024                 }
1025         }
1026         if (PageMappingFlags(page))
1027                 page->mapping = NULL;
1028         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1029                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1030         if (check_free)
1031                 bad += free_pages_check(page);
1032         if (bad)
1033                 return false;
1034
1035         page_cpupid_reset_last(page);
1036         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1037         reset_page_owner(page, order);
1038
1039         if (!PageHighMem(page)) {
1040                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1041                                            PAGE_SIZE << order);
1042                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1043                                            PAGE_SIZE << order);
1044         }
1045         arch_free_page(page, order);
1046         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1047         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1048         kasan_free_pages(page, order);
1049
1050         return true;
1051 }
1052
1053 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1054 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1055 {
1056         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1057 }
1058
1059 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1060 {
1061         return false;
1062 }
1063 #else
1064 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1065 {
1066         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1067 }
1068
1069 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1070 {
1071         return free_pages_check(page);
1072 }
1073 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1074
1075 /*
1076  * Frees a number of pages from the PCP lists
1077  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1078  * count is the number of pages to free.
1079  *
1080  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1081  * see if this freeing clears that state.
1082  *
1083  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1084  * pinned" detection logic.
1085  */
1086 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1087                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1088 {
1089         int migratetype = 0;
1090         int batch_free = 0;
1091         unsigned long nr_scanned, flags;
1092         bool isolated_pageblocks;
1093
1094         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1095         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1096         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1097         if (nr_scanned)
1098                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1099
1100         while (count) {
1101                 struct page *page;
1102                 struct list_head *list;
1103
1104                 /*
1105                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1106                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1107                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1108                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1109                  * lists
1110                  */
1111                 do {
1112                         batch_free++;
1113                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1114                                 migratetype = 0;
1115                         list = &pcp->lists[migratetype];
1116                 } while (list_empty(list));
1117
1118                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1119                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1120                         batch_free = count;
1121
1122                 do {
1123                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1124
1125                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1126                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1127                         list_del(&page->lru);
1128
1129                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1130                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1131                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1132                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1133                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1134                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1135
1136                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1137                                 continue;
1138
1139                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1140                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1141                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1142         }
1143         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1144 }
1145
1146 static void free_one_page(struct zone *zone,
1147                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1148                                 unsigned int order,
1149                                 int migratetype)
1150 {
1151         unsigned long nr_scanned, flags;
1152         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1153         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1154         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1155         if (nr_scanned)
1156                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1157
1158         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1159                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1160                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1161         }
1162         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1163         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1164 }
1165
1166 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1167                                 unsigned long zone, int nid)
1168 {
1169         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1170         init_page_count(page);
1171         page_mapcount_reset(page);
1172         page_cpupid_reset_last(page);
1173
1174         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1175 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1176         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1177         if (!is_highmem_idx(zone))
1178                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1179 #endif
1180 }
1181
1182 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1183                                         int nid)
1184 {
1185         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1186 }
1187
1188 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1189 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1190 {
1191         pg_data_t *pgdat;
1192         int nid, zid;
1193
1194         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1195                 return;
1196
1197         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1198         pgdat = NODE_DATA(nid);
1199
1200         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1201                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1202
1203                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1204                         break;
1205         }
1206         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1207 }
1208 #else
1209 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1210 {
1211 }
1212 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1213
1214 /*
1215  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1216  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1217  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1218  * sent to the buddy page allocator.
1219  */
1220 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1221 {
1222         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1223         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1224
1225         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1226                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1227                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1228
1229                         init_reserved_page(start_pfn);
1230
1231                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1232                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1233
1234                         SetPageReserved(page);
1235                 }
1236         }
1237 }
1238
1239 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1240 {
1241         int migratetype;
1242         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1243
1244         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1245                 return;
1246
1247         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1248         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1249 }
1250
1251 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1252 {
1253         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1254         struct page *p = page;
1255         unsigned int loop;
1256
1257         prefetchw(p);
1258         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1259                 prefetchw(p + 1);
1260                 __ClearPageReserved(p);
1261                 set_page_count(p, 0);
1262         }
1263         __ClearPageReserved(p);
1264         set_page_count(p, 0);
1265
1266         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1267         set_page_refcounted(page);
1268         __free_pages(page, order);
1269 }
1270
1271 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1272         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1273
1274 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1275
1276 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1277 {
1278         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1279         int nid;
1280
1281         spin_lock(&early_pfn_lock);
1282         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1283         if (nid < 0)
1284                 nid = first_online_node;
1285         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1286
1287         return nid;
1288 }
1289 #endif
1290
1291 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1292 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1293                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1294 {
1295         int nid;
1296
1297         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1298         if (nid >= 0 && nid != node)
1299                 return false;
1300         return true;
1301 }
1302
1303 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1304 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1305 {
1306         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1307 }
1308
1309 #else
1310
1311 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1312 {
1313         return true;
1314 }
1315 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1316                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1317 {
1318         return true;
1319 }
1320 #endif
1321
1322
1323 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1324                                                         unsigned int order)
1325 {
1326         if (early_page_uninitialised(pfn))
1327                 return;
1328         return __free_pages_boot_core(page, order);
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1333  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1334  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1335  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1336  * pageblocks.
1337  *
1338  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1339  *
1340  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1341  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1342  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1343  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1344  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1345  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1346  * page in a pageblock.
1347  */
1348 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1349                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1350 {
1351         struct page *start_page;
1352         struct page *end_page;
1353
1354         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1355         end_pfn--;
1356
1357         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1358                 return NULL;
1359
1360         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1361
1362         if (page_zone(start_page) != zone)
1363                 return NULL;
1364
1365         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1366
1367         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1368         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1369                 return NULL;
1370
1371         return start_page;
1372 }
1373
1374 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1375 {
1376         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1377         unsigned long block_end_pfn;
1378
1379         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1380         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1381                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1382                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1383
1384                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1385
1386                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1387                                              block_end_pfn, zone))
1388                         return;
1389         }
1390
1391         /* We confirm that there is no hole */
1392         zone->contiguous = true;
1393 }
1394
1395 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1396 {
1397         zone->contiguous = false;
1398 }
1399
1400 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1401 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1402                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1403 {
1404         int i;
1405
1406         if (!page)
1407                 return;
1408
1409         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1410         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1411             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1412                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1413                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1414                 return;
1415         }
1416
1417         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1418                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1419                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1420                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1421         }
1422 }
1423
1424 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1425 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1426 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1427
1428 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1429 {
1430         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1431                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1432 }
1433
1434 /* Initialise remaining memory on a node */
1435 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1436 {
1437         pg_data_t *pgdat = data;
1438         int nid = pgdat->node_id;
1439         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1440         unsigned long start = jiffies;
1441         unsigned long nr_pages = 0;
1442         unsigned long walk_start, walk_end;
1443         int i, zid;
1444         struct zone *zone;
1445         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1446         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1447
1448         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1449                 pgdat_init_report_one_done();
1450                 return 0;
1451         }
1452
1453         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1454         if (!cpumask_empty(cpumask))
1455                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1456
1457         /* Sanity check boundaries */
1458         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1459         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1460         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1461
1462         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1463         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1464                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1465                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1466                         break;
1467         }
1468
1469         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1470                 unsigned long pfn, end_pfn;
1471                 struct page *page = NULL;
1472                 struct page *free_base_page = NULL;
1473                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1474                 int nr_to_free = 0;
1475
1476                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1477                 pfn = first_init_pfn;
1478                 if (pfn < walk_start)
1479                         pfn = walk_start;
1480                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1481                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1482
1483                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1484                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1485                                 goto free_range;
1486
1487                         /*
1488                          * Ensure pfn_valid is checked every
1489                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1490                          */
1491                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1492                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1493                                         page = NULL;
1494                                         goto free_range;
1495                                 }
1496                         }
1497
1498                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1499                                 page = NULL;
1500                                 goto free_range;
1501                         }
1502
1503                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1504                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1505                                 page++;
1506                         } else {
1507                                 nr_pages += nr_to_free;
1508                                 deferred_free_range(free_base_page,
1509                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1510                                 free_base_page = NULL;
1511                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1512
1513                                 page = pfn_to_page(pfn);
1514                                 cond_resched();
1515                         }
1516
1517                         if (page->flags) {
1518                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1519                                 goto free_range;
1520                         }
1521
1522                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1523                         if (!free_base_page) {
1524                                 free_base_page = page;
1525                                 free_base_pfn = pfn;
1526                                 nr_to_free = 0;
1527                         }
1528                         nr_to_free++;
1529
1530                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1531                         continue;
1532 free_range:
1533                         /* Free the current block of pages to allocator */
1534                         nr_pages += nr_to_free;
1535                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1536                                                                 nr_to_free);
1537                         free_base_page = NULL;
1538                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1539                 }
1540                 /* Free the last block of pages to allocator */
1541                 nr_pages += nr_to_free;
1542                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1543
1544                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1545         }
1546
1547         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1548         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1549
1550         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1551                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1552
1553         pgdat_init_report_one_done();
1554         return 0;
1555 }
1556 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1557
1558 void __init page_alloc_init_late(void)
1559 {
1560         struct zone *zone;
1561
1562 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1563         int nid;
1564
1565         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1566         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1567         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1568                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1569         }
1570
1571         /* Block until all are initialised */
1572         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1573
1574         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1575         files_maxfiles_init();
1576 #endif
1577
1578         for_each_populated_zone(zone)
1579                 set_zone_contiguous(zone);
1580 }
1581
1582 #ifdef CONFIG_CMA
1583 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1584 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1585 {
1586         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1587         struct page *p = page;
1588
1589         do {
1590                 __ClearPageReserved(p);
1591                 set_page_count(p, 0);
1592         } while (++p, --i);
1593
1594         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1595
1596         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1597                 i = pageblock_nr_pages;
1598                 p = page;
1599                 do {
1600                         set_page_refcounted(p);
1601                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1602                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1603                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1604         } else {
1605                 set_page_refcounted(page);
1606                 __free_pages(page, pageblock_order);
1607         }
1608
1609         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1610 }
1611 #endif
1612
1613 /*
1614  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1615  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1616  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1617  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1618  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1619  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1620  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1621  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1622  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1623  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1624  *
1625  * -- nyc
1626  */
1627 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1628         int low, int high, struct free_area *area,
1629         int migratetype)
1630 {
1631         unsigned long size = 1 << high;
1632
1633         while (high > low) {
1634                 area--;
1635                 high--;
1636                 size >>= 1;
1637                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1638
1639                 /*
1640                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1641                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1642                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1643                  * pages will stay not present in virtual address space
1644                  */
1645                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1646                         continue;
1647
1648                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1649                 area->nr_free++;
1650                 set_page_order(&page[size], high);
1651         }
1652 }
1653
1654 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1655 {
1656         const char *bad_reason = NULL;
1657         unsigned long bad_flags = 0;
1658
1659         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1660                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1661         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1662                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1663         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1664                 bad_reason = "nonzero _count";
1665         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1666                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1667                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1668                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1669                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1670                 return;
1671         }
1672         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1673                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1674                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1675         }
1676 #ifdef CONFIG_MEMCG
1677         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1678                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1679 #endif
1680         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1681 }
1682
1683 /*
1684  * This page is about to be returned from the page allocator
1685  */
1686 static inline int check_new_page(struct page *page)
1687 {
1688         if (likely(page_expected_state(page,
1689                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1690                 return 0;
1691
1692         check_new_page_bad(page);
1693         return 1;
1694 }
1695
1696 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1697 {
1698         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1699                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1700 }
1701
1702 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1703 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1704 {
1705         return false;
1706 }
1707
1708 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1709 {
1710         return check_new_page(page);
1711 }
1712 #else
1713 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1714 {
1715         return check_new_page(page);
1716 }
1717 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1718 {
1719         return false;
1720 }
1721 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1722
1723 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1724 {
1725         int i;
1726         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1727                 struct page *p = page + i;
1728
1729                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1730                         return true;
1731         }
1732
1733         return false;
1734 }
1735
1736 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1737                                 gfp_t gfp_flags)
1738 {
1739         set_page_private(page, 0);
1740         set_page_refcounted(page);
1741
1742         arch_alloc_page(page, order);
1743         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1744         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1745         kasan_alloc_pages(page, order);
1746         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1747 }
1748
1749 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1750                                                         unsigned int alloc_flags)
1751 {
1752         int i;
1753         bool poisoned = true;
1754
1755         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1756                 struct page *p = page + i;
1757                 if (poisoned)
1758                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1759         }
1760
1761         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1762
1763         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1764                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1765                         clear_highpage(page + i);
1766
1767         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1768                 prep_compound_page(page, order);
1769
1770         /*
1771          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1772          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1773          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1774          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1775          */
1776         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1777                 set_page_pfmemalloc(page);
1778         else
1779                 clear_page_pfmemalloc(page);
1780 }
1781
1782 /*
1783  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1784  * the smallest available page from the freelists
1785  */
1786 static inline
1787 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1788                                                 int migratetype)
1789 {
1790         unsigned int current_order;
1791         struct free_area *area;
1792         struct page *page;
1793
1794         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1795         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1796                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1797                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1798                                                         struct page, lru);
1799                 if (!page)
1800                         continue;
1801                 list_del(&page->lru);
1802                 rmv_page_order(page);
1803                 area->nr_free--;
1804                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1805                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1806                 return page;
1807         }
1808
1809         return NULL;
1810 }
1811
1812
1813 /*
1814  * This array describes the order lists are fallen back to when
1815  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1816  */
1817 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1818         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1819         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1820         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1821 #ifdef CONFIG_CMA
1822         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1823 #endif
1824 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1825         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1826 #endif
1827 };
1828
1829 #ifdef CONFIG_CMA
1830 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1831                                         unsigned int order)
1832 {
1833         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1834 }
1835 #else
1836 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1837                                         unsigned int order) { return NULL; }
1838 #endif
1839
1840 /*
1841  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1842  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1843  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1844  */
1845 int move_freepages(struct zone *zone,
1846                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1847                           int migratetype)
1848 {
1849         struct page *page;
1850         unsigned int order;
1851         int pages_moved = 0;
1852
1853 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1854         /*
1855          * page_zone is not safe to call in this context when
1856          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1857          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1858          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1859          * grouping pages by mobility
1860          */
1861         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1862 #endif
1863
1864         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1865                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1866                         page++;
1867                         continue;
1868                 }
1869
1870                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1871                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1872
1873                 if (!PageBuddy(page)) {
1874                         page++;
1875                         continue;
1876                 }
1877
1878                 order = page_order(page);
1879                 list_move(&page->lru,
1880                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1881                 page += 1 << order;
1882                 pages_moved += 1 << order;
1883         }
1884
1885         return pages_moved;
1886 }
1887
1888 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1889                                 int migratetype)
1890 {
1891         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1892         struct page *start_page, *end_page;
1893
1894         start_pfn = page_to_pfn(page);
1895         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1896         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1897         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1898         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1899
1900         /* Do not cross zone boundaries */
1901         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1902                 start_page = page;
1903         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1904                 return 0;
1905
1906         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1907 }
1908
1909 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1910                                         int start_order, int migratetype)
1911 {
1912         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1913
1914         while (nr_pageblocks--) {
1915                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1916                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1917         }
1918 }
1919
1920 /*
1921  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1922  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1923  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1924  *
1925  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1926  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1927  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1928  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1929  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1930  * pageblocks.
1931  */
1932 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1933 {
1934         /*
1935          * Leaving this order check is intended, although there is
1936          * relaxed order check in next check. The reason is that
1937          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1938          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1939          * so could be changed anytime.
1940          */
1941         if (order >= pageblock_order)
1942                 return true;
1943
1944         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1945                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1946                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1947                 page_group_by_mobility_disabled)
1948                 return true;
1949
1950         return false;
1951 }
1952
1953 /*
1954  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1955  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1956  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1957  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1958  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1959  */
1960 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1961                                                           int start_type)
1962 {
1963         unsigned int current_order = page_order(page);
1964         int pages;
1965
1966         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1967         if (current_order >= pageblock_order) {
1968                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1969                 return;
1970         }
1971
1972         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1973
1974         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1975         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1976                         page_group_by_mobility_disabled)
1977                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1978 }
1979
1980 /*
1981  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1982  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1983  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1984  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1985  */
1986 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1987                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1988 {
1989         int i;
1990         int fallback_mt;
1991
1992         if (area->nr_free == 0)
1993                 return -1;
1994
1995         *can_steal = false;
1996         for (i = 0;; i++) {
1997                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1998                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1999                         break;
2000
2001                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2002                         continue;
2003
2004                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2005                         *can_steal = true;
2006
2007                 if (!only_stealable)
2008                         return fallback_mt;
2009
2010                 if (*can_steal)
2011                         return fallback_mt;
2012         }
2013
2014         return -1;
2015 }
2016
2017 /*
2018  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2019  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2020  */
2021 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2022                                 unsigned int alloc_order)
2023 {
2024         int mt;
2025         unsigned long max_managed, flags;
2026
2027         /*
2028          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2029          * Check is race-prone but harmless.
2030          */
2031         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2032         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2033                 return;
2034
2035         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2036
2037         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2038         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2039                 goto out_unlock;
2040
2041         /* Yoink! */
2042         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2043         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2044                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2045                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2046                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2047                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2048         }
2049
2050 out_unlock:
2051         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2052 }
2053
2054 /*
2055  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2056  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2057  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2058  * to recover from than an OOM.
2059  *
2060  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2061  * pageblock is exhausted.
2062  */
2063 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2064                                                 bool force)
2065 {
2066         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2067         unsigned long flags;
2068         struct zoneref *z;
2069         struct zone *zone;
2070         struct page *page;
2071         int order;
2072         bool ret;
2073
2074         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2075                                                                 ac->nodemask) {
2076                 /*
2077                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2078                  * is really high.
2079                  */
2080                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2081                                         pageblock_nr_pages)
2082                         continue;
2083
2084                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2085                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2086                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2087
2088                         page = list_first_entry_or_null(
2089                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2090                                         struct page, lru);
2091                         if (!page)
2092                                 continue;
2093
2094                         /*
2095                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2096                          * we can counter several free pages in a pageblock
2097                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2098                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2099                          * adjust the count once.
2100                          */
2101                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
2102                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
2103                                 /*
2104                                  * It should never happen but changes to
2105                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2106                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2107                                  * while unreserving so be safe and watch for
2108                                  * underflows.
2109                                  */
2110                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2111                                                 pageblock_nr_pages,
2112                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2113                         }
2114
2115                         /*
2116                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2117                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2118                          * is doing the work and needs the pages. More
2119                          * importantly, if the block was always converted to
2120                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2121                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2122                          * may increase.
2123                          */
2124                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2125                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2126                         if (ret) {
2127                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2128                                 return ret;
2129                         }
2130                 }
2131                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2132         }
2133
2134         return false;
2135 }
2136
2137 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2138 static inline struct page *
2139 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2140 {
2141         struct free_area *area;
2142         unsigned int current_order;
2143         struct page *page;
2144         int fallback_mt;
2145         bool can_steal;
2146
2147         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2148         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2149                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2150                                 --current_order) {
2151                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2152                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2153                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2154                 if (fallback_mt == -1)
2155                         continue;
2156
2157                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2158                                                 struct page, lru);
2159                 if (can_steal &&
2160                         get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2161                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2162
2163                 /* Remove the page from the freelists */
2164                 area->nr_free--;
2165                 list_del(&page->lru);
2166                 rmv_page_order(page);
2167
2168                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2169                                         start_migratetype);
2170                 /*
2171                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2172                  * migratetype depending on the decisions in
2173                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2174                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2175                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2176                  */
2177                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2178
2179                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2180                         start_migratetype, fallback_mt);
2181
2182                 return page;
2183         }
2184
2185         return NULL;
2186 }
2187
2188 /*
2189  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2190  * Call me with the zone->lock already held.
2191  */
2192 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2193                                 int migratetype)
2194 {
2195         struct page *page;
2196
2197         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2198         if (unlikely(!page)) {
2199                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2200                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2201
2202                 if (!page)
2203                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2204         }
2205
2206         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2207         return page;
2208 }
2209
2210 /*
2211  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2212  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2213  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2214  */
2215 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2216                         unsigned long count, struct list_head *list,
2217                         int migratetype, bool cold)
2218 {
2219         int i, alloced = 0;
2220         unsigned long flags;
2221
2222         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2223         for (i = 0; i < count; ++i) {
2224                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2225                 if (unlikely(page == NULL))
2226                         break;
2227
2228                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2229                         continue;
2230
2231                 /*
2232                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2233                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2234                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2235                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2236                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2237                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2238                  * properly.
2239                  */
2240                 if (likely(!cold))
2241                         list_add(&page->lru, list);
2242                 else
2243                         list_add_tail(&page->lru, list);
2244                 list = &page->lru;
2245                 alloced++;
2246                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2247                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2248                                               -(1 << order));
2249         }
2250
2251         /*
2252          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2253          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2254          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2255          * pages added to the pcp list.
2256          */
2257         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2258         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2259         return alloced;
2260 }
2261
2262 #ifdef CONFIG_NUMA
2263 /*
2264  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2265  * currently executing processor on remote nodes after they have
2266  * expired.
2267  *
2268  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2269  * a single processor.
2270  */
2271 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2272 {
2273         unsigned long flags;
2274         int to_drain, batch;
2275
2276         local_irq_save(flags);
2277         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2278         to_drain = min(pcp->count, batch);
2279         if (to_drain > 0) {
2280                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2281                 pcp->count -= to_drain;
2282         }
2283         local_irq_restore(flags);
2284 }
2285 #endif
2286
2287 /*
2288  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2289  *
2290  * The processor must either be the current processor and the
2291  * thread pinned to the current processor or a processor that
2292  * is not online.
2293  */
2294 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2295 {
2296         unsigned long flags;
2297         struct per_cpu_pageset *pset;
2298         struct per_cpu_pages *pcp;
2299
2300         local_irq_save(flags);
2301         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2302
2303         pcp = &pset->pcp;
2304         if (pcp->count) {
2305                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2306                 pcp->count = 0;
2307         }
2308         local_irq_restore(flags);
2309 }
2310
2311 /*
2312  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2313  *
2314  * The processor must either be the current processor and the
2315  * thread pinned to the current processor or a processor that
2316  * is not online.
2317  */
2318 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2319 {
2320         struct zone *zone;
2321
2322         for_each_populated_zone(zone) {
2323                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2324         }
2325 }
2326
2327 /*
2328  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2329  *
2330  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2331  * the single zone's pages.
2332  */
2333 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2334 {
2335         int cpu = smp_processor_id();
2336
2337         if (zone)
2338                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2339         else
2340                 drain_pages(cpu);
2341 }
2342
2343 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2344 {
2345         /*
2346          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2347          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2348          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2349          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2350          * a different one.
2351          */
2352         preempt_disable();
2353         drain_local_pages(NULL);
2354         preempt_enable();
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2359  *
2360  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2361  *
2362  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2363  */
2364 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2365 {
2366         int cpu;
2367
2368         /*
2369          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2370          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2371          */
2372         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2373
2374         /* Workqueues cannot recurse */
2375         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2376                 return;
2377
2378         /*
2379          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2380          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2381          * the drain to be complete when the call returns.
2382          */
2383         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2384                 if (!zone)
2385                         return;
2386                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2387         }
2388
2389         /*
2390          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2391          * as offline notification will cause the notified
2392          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2393          * disables preemption as part of its processing
2394          */
2395         for_each_online_cpu(cpu) {
2396                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2397                 struct zone *z;
2398                 bool has_pcps = false;
2399
2400                 if (zone) {
2401                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2402                         if (pcp->pcp.count)
2403                                 has_pcps = true;
2404                 } else {
2405                         for_each_populated_zone(z) {
2406                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2407                                 if (pcp->pcp.count) {
2408                                         has_pcps = true;
2409                                         break;
2410                                 }
2411                         }
2412                 }
2413
2414                 if (has_pcps)
2415                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2416                 else
2417                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2418         }
2419
2420         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2421                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2422                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2423                 schedule_work_on(cpu, work);
2424         }
2425         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2426                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2427
2428         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2429 }
2430
2431 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2432
2433 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2434 {
2435         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2436         unsigned long flags;
2437         unsigned int order, t;
2438         struct page *page;
2439
2440         if (zone_is_empty(zone))
2441                 return;
2442
2443         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2444
2445         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2446         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2447                 if (pfn_valid(pfn)) {
2448                         page = pfn_to_page(pfn);
2449
2450                         if (page_zone(page) != zone)
2451                                 continue;
2452
2453                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2454                                 swsusp_unset_page_free(page);
2455                 }
2456
2457         for_each_migratetype_order(order, t) {
2458                 list_for_each_entry(page,
2459                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2460                         unsigned long i;
2461
2462                         pfn = page_to_pfn(page);
2463                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2464                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2465                 }
2466         }
2467         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2468 }
2469 #endif /* CONFIG_PM */
2470
2471 /*
2472  * Free a 0-order page
2473  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2474  */
2475 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2476 {
2477         struct zone *zone = page_zone(page);
2478         struct per_cpu_pages *pcp;
2479         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2480         int migratetype;
2481
2482         if (in_interrupt()) {
2483                 __free_pages_ok(page, 0);
2484                 return;
2485         }
2486
2487         if (!free_pcp_prepare(page))
2488                 return;
2489
2490         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2491         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2492         preempt_disable();
2493
2494         /*
2495          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2496          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2497          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2498          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2499          * excessively into the page allocator
2500          */
2501         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2502                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2503                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2504                         goto out;
2505                 }
2506                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2507         }
2508
2509         __count_vm_event(PGFREE);
2510         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2511         if (!cold)
2512                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2513         else
2514                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2515         pcp->count++;
2516         if (pcp->count >= pcp->high) {
2517                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2518                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2519                 pcp->count -= batch;
2520         }
2521
2522 out:
2523         preempt_enable();
2524 }
2525
2526 /*
2527  * Free a list of 0-order pages
2528  */
2529 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2530 {
2531         struct page *page, *next;
2532
2533         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2534                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2535                 free_hot_cold_page(page, cold);
2536         }
2537 }
2538
2539 /*
2540  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2541  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2542  * Each sub-page must be freed individually.
2543  *
2544  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2545  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2546  */
2547 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2548 {
2549         int i;
2550
2551         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2552         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2553
2554 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2555         /*
2556          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2557          * otherwise free the whole shadow.
2558          */
2559         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2560                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2561 #endif
2562
2563         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2564                 set_page_refcounted(page + i);
2565         split_page_owner(page, order);
2566 }
2567 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2568
2569 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2570 {
2571         unsigned long watermark;
2572         struct zone *zone;
2573         int mt;
2574
2575         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2576
2577         zone = page_zone(page);
2578         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2579
2580         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2581                 /*
2582                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2583                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2584                  * watermark, because we already know our high-order page
2585                  * exists.
2586                  */
2587                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2588                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2589                         return 0;
2590
2591                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2592         }
2593
2594         /* Remove page from free list */
2595         list_del(&page->lru);
2596         zone->free_area[order].nr_free--;
2597         rmv_page_order(page);
2598
2599         /*
2600          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2601          * pageblock
2602          */
2603         if (order >= pageblock_order - 1) {
2604                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2605                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2606                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2607                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2608                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2609                                 set_pageblock_migratetype(page,
2610                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2611                 }
2612         }
2613
2614
2615         return 1UL << order;
2616 }
2617
2618 /*
2619  * Update NUMA hit/miss statistics
2620  *
2621  * Must be called with interrupts disabled.
2622  */
2623 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2624 {
2625 #ifdef CONFIG_NUMA
2626         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2627
2628         if (z->node != numa_node_id())
2629                 local_stat = NUMA_OTHER;
2630
2631         if (z->node == preferred_zone->node)
2632                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2633         else {
2634                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2635                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2636         }
2637         __inc_zone_state(z, local_stat);
2638 #endif
2639 }
2640
2641 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2642 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2643                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2644                         struct list_head *list)
2645 {
2646         struct page *page;
2647
2648         VM_BUG_ON(in_interrupt());
2649
2650         do {
2651                 if (list_empty(list)) {
2652                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2653                                         pcp->batch, list,
2654                                         migratetype, cold);
2655                         if (unlikely(list_empty(list)))
2656                                 return NULL;
2657                 }
2658
2659                 if (cold)
2660                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2661                 else
2662                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2663
2664                 list_del(&page->lru);
2665                 pcp->count--;
2666         } while (check_new_pcp(page));
2667
2668         return page;
2669 }
2670
2671 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2672 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2673                         struct zone *zone, unsigned int order,
2674                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2675 {
2676         struct per_cpu_pages *pcp;
2677         struct list_head *list;
2678         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2679         struct page *page;
2680
2681         preempt_disable();
2682         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2683         list = &pcp->lists[migratetype];
2684         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2685         if (page) {
2686                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2687                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2688         }
2689         preempt_enable();
2690         return page;
2691 }
2692
2693 /*
2694  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2695  */
2696 static inline
2697 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2698                         struct zone *zone, unsigned int order,
2699                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2700                         int migratetype)
2701 {
2702         unsigned long flags;
2703         struct page *page;
2704
2705         if (likely(order == 0) && !in_interrupt()) {
2706                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2707                                 gfp_flags, migratetype);
2708                 goto out;
2709         }
2710
2711         /*
2712          * We most definitely don't want callers attempting to
2713          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2714          */
2715         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2716         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2717
2718         do {
2719                 page = NULL;
2720                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2721                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2722                         if (page)
2723                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2724                 }
2725                 if (!page)
2726                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2727         } while (page && check_new_pages(page, order));
2728         spin_unlock(&zone->lock);
2729         if (!page)
2730                 goto failed;
2731         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2732                                   get_pcppage_migratetype(page));
2733
2734         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2735         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2736         local_irq_restore(flags);
2737
2738 out:
2739         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2740         return page;
2741
2742 failed:
2743         local_irq_restore(flags);
2744         return NULL;
2745 }
2746
2747 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2748
2749 static struct {
2750         struct fault_attr attr;
2751
2752         bool ignore_gfp_highmem;
2753         bool ignore_gfp_reclaim;
2754         u32 min_order;
2755 } fail_page_alloc = {
2756         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2757         .ignore_gfp_reclaim = true,
2758         .ignore_gfp_highmem = true,
2759         .min_order = 1,
2760 };
2761
2762 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2763 {
2764         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2765 }
2766 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2767
2768 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2769 {
2770         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2771                 return false;
2772         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2773                 return false;
2774         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2775                 return false;
2776         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2777                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2778                 return false;
2779
2780         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2781 }
2782
2783 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2784
2785 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2786 {
2787         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2788         struct dentry *dir;
2789
2790         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2791                                         &fail_page_alloc.attr);
2792         if (IS_ERR(dir))
2793                 return PTR_ERR(dir);
2794
2795         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2796                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2797                 goto fail;
2798         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2799                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2800                 goto fail;
2801         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2802                                 &fail_page_alloc.min_order))
2803                 goto fail;
2804
2805         return 0;
2806 fail:
2807         debugfs_remove_recursive(dir);
2808
2809         return -ENOMEM;
2810 }
2811
2812 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2813
2814 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2815
2816 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2817
2818 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2819 {
2820         return false;
2821 }
2822
2823 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2824
2825 /*
2826  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2827  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2828  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2829  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2830  */
2831 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2832                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2833                          long free_pages)
2834 {
2835         long min = mark;
2836         int o;
2837         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2838
2839         /* free_pages may go negative - that's OK */
2840         free_pages -= (1 << order) - 1;
2841
2842         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2843                 min -= min / 2;
2844
2845         /*
2846          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2847          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2848          * atomic reserve but it avoids a search.
2849          */
2850         if (likely(!alloc_harder))
2851                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2852         else
2853                 min -= min / 4;
2854
2855 #ifdef CONFIG_CMA
2856         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2857         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2858                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2859 #endif
2860
2861         /*
2862          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2863          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2864          * even if a suitable page happened to be free.
2865          */
2866         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2867                 return false;
2868
2869         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2870         if (!order)
2871                 return true;
2872
2873         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2874         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2875                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2876                 int mt;
2877
2878                 if (!area->nr_free)
2879                         continue;
2880
2881                 if (alloc_harder)
2882                         return true;
2883
2884                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2885                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2886                                 return true;
2887                 }
2888
2889 #ifdef CONFIG_CMA
2890                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2891                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2892                         return true;
2893                 }
2894 #endif
2895         }
2896         return false;
2897 }
2898
2899 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2900                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2901 {
2902         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2903                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2904 }
2905
2906 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2907                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2908 {
2909         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2910         long cma_pages = 0;
2911
2912 #ifdef CONFIG_CMA
2913         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2914         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2915                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2916 #endif
2917
2918         /*
2919          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2920          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2921          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2922          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2923          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2924          */
2925         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2926                 return true;
2927
2928         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2929                                         free_pages);
2930 }
2931
2932 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2933                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2934 {
2935         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2936
2937         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2938                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2939
2940         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2941                                                                 free_pages);
2942 }
2943
2944 #ifdef CONFIG_NUMA
2945 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2946 {
2947         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2948                                 RECLAIM_DISTANCE;
2949 }
2950 #else   /* CONFIG_NUMA */
2951 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2952 {
2953         return true;
2954 }
2955 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2956
2957 /*
2958  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2959  * a page.
2960  */
2961 static struct page *
2962 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2963                                                 const struct alloc_context *ac)
2964 {
2965         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2966         struct zone *zone;
2967         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2968
2969         /*
2970          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2971          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2972          */
2973         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2974                                                                 ac->nodemask) {
2975                 struct page *page;
2976                 unsigned long mark;
2977
2978                 if (cpusets_enabled() &&
2979                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2980                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2981                                 continue;
2982                 /*
2983                  * When allocating a page cache page for writing, we
2984                  * want to get it from a node that is within its dirty
2985                  * limit, such that no single node holds more than its
2986                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2987                  * The dirty limits take into account the node's
2988                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2989                  * should be able to balance it without having to
2990                  * write pages from its LRU list.
2991                  *
2992                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2993                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2994                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2995                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2996                  * nodes are together not big enough to reach the
2997                  * global limit.  The proper fix for these situations
2998                  * will require awareness of nodes in the
2999                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3000                  */
3001                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3002                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3003                                 continue;
3004
3005                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3006                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3007                                 continue;
3008                         }
3009                 }
3010
3011                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3012                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3013                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3014                         int ret;
3015
3016                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3017                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3018                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3019                                 goto try_this_zone;
3020
3021                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3022                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3023                                 continue;
3024
3025                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3026                         switch (ret) {
3027                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3028                                 /* did not scan */
3029                                 continue;
3030                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3031                                 /* scanned but unreclaimable */
3032                                 continue;
3033                         default:
3034                                 /* did we reclaim enough */
3035                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3036                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3037                                         goto try_this_zone;
3038
3039                                 continue;
3040                         }
3041                 }
3042
3043 try_this_zone:
3044                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3045                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3046                 if (page) {
3047                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3048
3049                         /*
3050                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3051                          * if the pageblock should be reserved for the future
3052                          */
3053                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3054                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3055
3056                         return page;
3057                 }
3058         }
3059
3060         return NULL;
3061 }
3062
3063 /*
3064  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3065  * meminfo in irq context.
3066  */
3067 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3068 {
3069         bool ret = false;
3070
3071 #if NODES_SHIFT > 8
3072         ret = in_interrupt();
3073 #endif
3074         return ret;
3075 }
3076
3077 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3078 {
3079         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3080         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3081
3082         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3083                 return;
3084
3085         /*
3086          * This documents exceptions given to allocations in certain
3087          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3088          * of allowed nodes.
3089          */
3090         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3091                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3092                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3093                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3094         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3095                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3096
3097         show_mem(filter, nodemask);
3098 }
3099
3100 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3101 {
3102         struct va_format vaf;
3103         va_list args;
3104         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3105                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3106
3107         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3108             debug_guardpage_minorder() > 0)
3109                 return;
3110
3111         pr_warn("%s: ", current->comm);
3112
3113         va_start(args, fmt);
3114         vaf.fmt = fmt;
3115         vaf.va = &args;
3116         pr_cont("%pV", &vaf);
3117         va_end(args);
3118
3119         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3120         if (nodemask)
3121                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3122         else
3123                 pr_cont("(null)\n");
3124
3125         cpuset_print_current_mems_allowed();
3126
3127         dump_stack();
3128         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3129 }
3130
3131 static inline struct page *
3132 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3133                               unsigned int alloc_flags,
3134                               const struct alloc_context *ac)
3135 {
3136         struct page *page;
3137
3138         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3139                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3140         /*
3141          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3142          * are depleted
3143          */
3144         if (!page)
3145                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3146                                 alloc_flags, ac);
3147
3148         return page;
3149 }
3150
3151 static inline struct page *
3152 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3153         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3154 {
3155         struct oom_control oc = {
3156                 .zonelist = ac->zonelist,
3157                 .nodemask = ac->nodemask,
3158                 .memcg = NULL,
3159                 .gfp_mask = gfp_mask,
3160                 .order = order,
3161         };
3162         struct page *page;
3163
3164         *did_some_progress = 0;
3165
3166         /*
3167          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3168          * making progress for us.
3169          */
3170         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3171                 *did_some_progress = 1;
3172                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3173                 return NULL;
3174         }
3175
3176         /*
3177          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3178          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3179          * we're still under heavy pressure.
3180          */
3181         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3182                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3183         if (page)
3184                 goto out;
3185
3186         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3187         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3188                 goto out;
3189         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3190         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3191                 goto out;
3192         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3193         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3194                 goto out;
3195         if (pm_suspended_storage())
3196                 goto out;
3197         /*
3198          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3199          * other request to make a forward progress.
3200          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3201          * do much for this context but let's try it to at least get
3202          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3203          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3204          * failures more gracefully we should just bail out here.
3205          */
3206
3207         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3208         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3209                 goto out;
3210
3211         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3212         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3213                 *did_some_progress = 1;
3214
3215                 /*
3216                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3217                  * reserves
3218                  */
3219                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3220                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3221                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3222         }
3223 out:
3224         mutex_unlock(&oom_lock);
3225         return page;
3226 }
3227
3228 /*
3229  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3230  * killer is consider as the only way to move forward.
3231  */
3232 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3233
3234 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3235 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3236 static struct page *
3237 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3238                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3239                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3240 {
3241         struct page *page;
3242
3243         if (!order)
3244                 return NULL;
3245
3246         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3247         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3248                                                                         prio);
3249         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3250
3251         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3252                 return NULL;
3253
3254         /*
3255          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3256          * count a compaction stall
3257          */
3258         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3259
3260         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3261
3262         if (page) {
3263                 struct zone *zone = page_zone(page);
3264
3265                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3266                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3267                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3268                 return page;
3269         }
3270
3271         /*
3272          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3273          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3274          */
3275         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3276
3277         cond_resched();
3278
3279         return NULL;
3280 }
3281
3282 static inline bool
3283 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3284                      enum compact_result compact_result,
3285                      enum compact_priority *compact_priority,
3286                      int *compaction_retries)
3287 {
3288         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3289         int min_priority;
3290         bool ret = false;
3291         int retries = *compaction_retries;
3292         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3293
3294         if (!order)
3295                 return false;
3296
3297         if (compaction_made_progress(compact_result))
3298                 (*compaction_retries)++;
3299
3300         /*
3301          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3302          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3303          * failure could be caused by insufficient priority
3304          */
3305         if (compaction_failed(compact_result))
3306                 goto check_priority;
3307
3308         /*
3309          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3310          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3311          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3312          * compaction.
3313          */
3314         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3315                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3316                 goto out;
3317         }
3318
3319         /*
3320          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3321          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3322          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3323          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3324          * would need much more detailed feedback from compaction to
3325          * make a better decision.
3326          */
3327         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3328                 max_retries /= 4;
3329         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3330                 ret = true;
3331                 goto out;
3332         }
3333
3334         /*
3335          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3336          * all retries or failed at the lower priorities.
3337          */
3338 check_priority:
3339         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3340                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3341
3342         if (*compact_priority > min_priority) {
3343                 (*compact_priority)--;
3344                 *compaction_retries = 0;
3345                 ret = true;
3346         }
3347 out:
3348         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3349         return ret;
3350 }
3351 #else
3352 static inline struct page *
3353 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3354                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3355                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3356 {
3357         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3358         return NULL;
3359 }
3360
3361 static inline bool
3362 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3363                      enum compact_result compact_result,
3364                      enum compact_priority *compact_priority,
3365                      int *compaction_retries)
3366 {
3367         struct zone *zone;
3368         struct zoneref *z;
3369
3370         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3371                 return false;
3372
3373         /*
3374          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3375          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3376          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3377          * watermarks are OK.
3378          */
3379         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3380                                         ac->nodemask) {
3381                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3382                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3383                         return true;
3384         }
3385         return false;
3386 }
3387 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3388
3389 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3390 static int
3391 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3392                                         const struct alloc_context *ac)
3393 {
3394         struct reclaim_state reclaim_state;
3395         int progress;
3396
3397         cond_resched();
3398
3399         /* We now go into synchronous reclaim */
3400         cpuset_memory_pressure_bump();
3401         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3402         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3403         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3404         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3405
3406         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3407                                                                 ac->nodemask);
3408
3409         current->reclaim_state = NULL;
3410         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3411         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3412
3413         cond_resched();
3414
3415         return progress;
3416 }
3417
3418 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3419 static inline struct page *
3420 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3421                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3422                 unsigned long *did_some_progress)
3423 {
3424         struct page *page = NULL;
3425         bool drained = false;
3426
3427         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3428         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3429                 return NULL;
3430
3431 retry:
3432         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3433
3434         /*
3435          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3436          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3437          * Shrink them them and try again
3438          */
3439         if (!page && !drained) {
3440                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3441                 drain_all_pages(NULL);
3442                 drained = true;
3443                 goto retry;
3444         }
3445
3446         return page;
3447 }
3448
3449 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3450 {
3451         struct zoneref *z;
3452         struct zone *zone;
3453         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3454
3455         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3456                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3457                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3458                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3459                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3460         }
3461 }
3462
3463 static inline unsigned int
3464 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3465 {
3466         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3467
3468         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3469         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3470
3471         /*
3472          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3473          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3474          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3475          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3476          */
3477         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3478
3479         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3480                 /*
3481                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3482                  * if it can't schedule.
3483                  */
3484                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3485                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3486                 /*
3487                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3488                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3489                  */
3490                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3491         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3492                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3493
3494 #ifdef CONFIG_CMA
3495         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3496                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3497 #endif
3498         return alloc_flags;
3499 }
3500
3501 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3502 {
3503         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3504                 return false;
3505
3506         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3507                 return true;
3508         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3509                 return true;
3510         if (!in_interrupt() &&
3511                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3512                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3513                 return true;
3514
3515         return false;
3516 }
3517
3518 /*
3519  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3520  * is consider as the only way to move forward.
3521  */
3522 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3523
3524 /*
3525  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3526  * for the given allocation request.
3527  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3528  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3529  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3530  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3531  * no_progress_loops).
3532  *
3533  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3534  */
3535 static inline bool
3536 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3537                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3538                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3539 {
3540         struct zone *zone;
3541         struct zoneref *z;
3542
3543         /*
3544          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3545          * their order will become available due to high fragmentation so
3546          * always increment the no progress counter for them
3547          */
3548         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3549                 *no_progress_loops = 0;
3550         else
3551                 (*no_progress_loops)++;
3552
3553         /*
3554          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3555          * several times in the row.
3556          */
3557         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3558                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3559                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3560         }
3561
3562         /*
3563          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3564          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3565          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3566          * screwed and have to go OOM.
3567          */
3568         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3569                                         ac->nodemask) {
3570                 unsigned long available;
3571                 unsigned long reclaimable;
3572                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3573                 bool wmark;
3574
3575                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3576                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3577                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3578                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3579
3580                 /*
3581                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3582                  * available?
3583                  */
3584                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3585                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3586                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3587                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3588                 if (wmark) {
3589                         /*
3590                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3591                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3592                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3593                          * prevent from pre mature OOM
3594                          */
3595                         if (!did_some_progress) {
3596                                 unsigned long write_pending;
3597
3598                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3599                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3600
3601                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3602                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3603                                         return true;
3604                                 }
3605                         }
3606
3607                         /*
3608                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3609                          * context and the current implementation of the WQ
3610                          * concurrency control doesn't recognize that
3611                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3612                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3613                          * do a short sleep here rather than calling
3614                          * cond_resched().
3615                          */
3616                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3617                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3618                         else
3619                                 cond_resched();
3620
3621                         return true;
3622                 }
3623         }
3624
3625         return false;
3626 }
3627
3628 static inline struct page *
3629 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3630                                                 struct alloc_context *ac)
3631 {
3632         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3633         struct page *page = NULL;
3634         unsigned int alloc_flags;
3635         unsigned long did_some_progress;
3636         enum compact_priority compact_priority;
3637         enum compact_result compact_result;
3638         int compaction_retries;
3639         int no_progress_loops;
3640         unsigned long alloc_start = jiffies;
3641         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3642         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3643
3644         /*
3645          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3646          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3647          * be using allocators in order of preference for an area that is
3648          * too large.
3649          */
3650         if (order >= MAX_ORDER) {
3651                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3652                 return NULL;
3653         }
3654
3655         /*
3656          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3657          * callers that are not in atomic context.
3658          */
3659         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3660                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3661                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3662
3663 retry_cpuset:
3664         compaction_retries = 0;
3665         no_progress_loops = 0;
3666         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3667         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3668
3669         /*
3670          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3671          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3672          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3673          */
3674         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3675
3676         /*
3677          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3678          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3679          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3680          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3681          */
3682         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3683                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3684         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3685                 goto nopage;
3686
3687         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3688                 wake_all_kswapds(order, ac);
3689
3690         /*
3691          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3692          * that first
3693          */
3694         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3695         if (page)
3696                 goto got_pg;
3697
3698         /*
3699          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3700          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3701          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3702          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3703          */
3704         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3705                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3706                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3707                                                 alloc_flags, ac,
3708                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3709                                                 &compact_result);
3710                 if (page)
3711                         goto got_pg;
3712
3713                 /*
3714                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3715                  * includes THP page fault allocations
3716                  */
3717                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3718                         /*
3719                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3720                          * it is because sync compaction recently failed. If
3721                          * this is the case and the caller requested a THP
3722                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3723                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3724                          * direct reclaim.
3725                          */
3726                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3727                                 goto nopage;
3728
3729                         /*
3730                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3731                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3732                          * using async compaction.
3733                          */
3734                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3735                 }
3736         }
3737
3738 retry:
3739         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3740         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3741                 wake_all_kswapds(order, ac);
3742
3743         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3744                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3745
3746         /*
3747          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3748          * These allocations are high priority and system rather than user
3749          * orientated.
3750          */
3751         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3752                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3753                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3754                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3755         }
3756
3757         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3758         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3759         if (page)
3760                 goto got_pg;
3761
3762         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3763         if (!can_direct_reclaim)
3764                 goto nopage;
3765
3766         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3767         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3768                 warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3769                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3770                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3771                 stall_timeout += 10 * HZ;
3772         }
3773
3774         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3775         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3776                 goto nopage;
3777
3778         /* Try direct reclaim and then allocating */
3779         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3780                                                         &did_some_progress);
3781         if (page)
3782                 goto got_pg;
3783
3784         /* Try direct compaction and then allocating */
3785         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3786                                         compact_priority, &compact_result);
3787         if (page)
3788                 goto got_pg;
3789
3790         /* Do not loop if specifically requested */
3791         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3792                 goto nopage;
3793
3794         /*
3795          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3796          * __GFP_REPEAT
3797          */
3798         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3799                 goto nopage;
3800
3801         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3802                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3803                 goto retry;
3804
3805         /*
3806          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3807          * reclaim is not able to make any progress because the current
3808          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3809          * of free memory (see __compaction_suitable)
3810          */
3811         if (did_some_progress > 0 &&
3812                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3813                                 compact_result, &compact_priority,
3814                                 &compaction_retries))
3815                 goto retry;
3816
3817         /*
3818          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3819          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3820          */
3821         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3822                 goto retry_cpuset;
3823
3824         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3825         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3826         if (page)
3827                 goto got_pg;
3828
3829         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3830         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3831                 goto nopage;
3832
3833         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3834         if (did_some_progress) {
3835                 no_progress_loops = 0;
3836                 goto retry;
3837         }
3838
3839 nopage:
3840         /*
3841          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3842          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3843          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3844          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3845          * retry.
3846          */
3847         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3848                 goto retry_cpuset;
3849
3850         /*
3851          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3852          * we always retry
3853          */
3854         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3855                 /*
3856                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3857                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3858                  */
3859                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3860                         goto fail;
3861
3862                 /*
3863                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3864                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3865                  * for somebody to do a work for us
3866                  */
3867                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3868
3869                 /*
3870                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3871                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3872                  * so that we can identify them and convert them to something
3873                  * else.
3874                  */
3875                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3876
3877                 /*
3878                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3879                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3880                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3881                  * the situation worse
3882                  */
3883                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3884                 if (page)
3885                         goto got_pg;
3886
3887                 cond_resched();
3888                 goto retry;
3889         }
3890 fail:
3891         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3892                         "page allocation failure: order:%u", order);
3893 got_pg:
3894         return page;
3895 }
3896
3897 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3898                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3899                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3900                 unsigned int *alloc_flags)
3901 {
3902         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3903         ac->zonelist = zonelist;
3904         ac->nodemask = nodemask;
3905         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3906
3907         if (cpusets_enabled()) {
3908                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3909                 if (!ac->nodemask)
3910                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3911                 else
3912                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3913         }
3914
3915         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3916
3917         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3918
3919         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3920                 return false;
3921
3922         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3923                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3924
3925         return true;
3926 }
3927
3928 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3929 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3930                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3931 {
3932         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3933         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3934
3935         /*
3936          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3937          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3938          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3939          */
3940         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3941                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3942 }
3943
3944 /*
3945  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3946  */
3947 struct page *
3948 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3949                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3950 {
3951         struct page *page;
3952         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3953         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3954         struct alloc_context ac = { };
3955
3956         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3957         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3958                 return NULL;
3959
3960         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3961
3962         /* First allocation attempt */
3963         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3964         if (likely(page))
3965                 goto out;
3966
3967         /*
3968          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3969          * because I/O on the device might not complete.
3970          */
3971         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3972         ac.spread_dirty_pages = false;
3973
3974         /*
3975          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3976          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3977          */
3978         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3979                 ac.nodemask = nodemask;
3980
3981         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3982
3983 out:
3984         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3985             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3986                 __free_pages(page, order);
3987                 page = NULL;
3988         }
3989
3990         if (kmemcheck_enabled && page)
3991                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3992
3993         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3994
3995         return page;
3996 }
3997 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3998
3999 /*
4000  * Common helper functions.
4001  */
4002 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4003 {
4004         struct page *page;
4005
4006         /*
4007          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4008          * a highmem page
4009          */
4010         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4011
4012         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4013         if (!page)
4014                 return 0;
4015         return (unsigned long) page_address(page);
4016 }
4017 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4018
4019 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4020 {
4021         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4022 }
4023 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4024
4025 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4026 {
4027         if (put_page_testzero(page)) {
4028                 if (order == 0)
4029                         free_hot_cold_page(page, false);
4030                 else
4031                         __free_pages_ok(page, order);
4032         }
4033 }
4034
4035 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4036
4037 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4038 {
4039         if (addr != 0) {
4040                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4041                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4042         }
4043 }
4044
4045 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4046
4047 /*
4048  * Page Fragment:
4049  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4050  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4051  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4052  *
4053  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4054  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4055  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4056  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4057  */
4058 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4059                                              gfp_t gfp_mask)
4060 {
4061         struct page *page = NULL;
4062         gfp_t gfp = gfp_mask;
4063
4064 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4065         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4066                     __GFP_NOMEMALLOC;
4067         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4068                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4069         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4070 #endif
4071         if (unlikely(!page))
4072                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4073
4074         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4075
4076         return page;
4077 }
4078
4079 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4080 {
4081         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4082
4083         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4084                 unsigned int order = compound_order(page);
4085
4086                 if (order == 0)
4087                         free_hot_cold_page(page, false);
4088                 else
4089                         __free_pages_ok(page, order);
4090         }
4091 }
4092 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4093
4094 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4095                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4096 {
4097         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4098         struct page *page;
4099         int offset;
4100
4101         if (unlikely(!nc->va)) {
4102 refill:
4103                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4104                 if (!page)
4105                         return NULL;
4106
4107 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4108                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4109                 size = nc->size;
4110 #endif
4111                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4112                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4113                  */
4114                 page_ref_add(page, size - 1);
4115
4116                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4117                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4118                 nc->pagecnt_bias = size;
4119                 nc->offset = size;
4120         }
4121
4122         offset = nc->offset - fragsz;
4123         if (unlikely(offset < 0)) {
4124                 page = virt_to_page(nc->va);
4125
4126                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4127                         goto refill;
4128
4129 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4130                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4131                 size = nc->size;
4132 #endif
4133                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4134                 set_page_count(page, size);
4135
4136                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4137                 nc->pagecnt_bias = size;
4138                 offset = size - fragsz;
4139         }
4140
4141         nc->pagecnt_bias--;
4142         nc->offset = offset;
4143
4144         return nc->va + offset;
4145 }
4146 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4147
4148 /*
4149  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4150  */
4151 void page_frag_free(void *addr)
4152 {
4153         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4154
4155         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4156                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4157 }
4158 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4159
4160 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4161                 size_t size)
4162 {
4163         if (addr) {
4164                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4165                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4166
4167                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4168                 while (used < alloc_end) {
4169                         free_page(used);
4170                         used += PAGE_SIZE;
4171                 }
4172         }
4173         return (void *)addr;
4174 }
4175
4176 /**
4177  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4178  * @size: the number of bytes to allocate
4179  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4180  *
4181  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4182  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4183  * allocate memory in power-of-two pages.
4184  *
4185  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4186  *
4187  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4188  */
4189 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4190 {
4191         unsigned int order = get_order(size);
4192         unsigned long addr;
4193
4194         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4195         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4196 }
4197 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4198
4199 /**
4200  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4201  *                         pages on a node.
4202  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4203  * @size: the number of bytes to allocate
4204  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4205  *
4206  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4207  * back.
4208  */
4209 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4210 {
4211         unsigned int order = get_order(size);
4212         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4213         if (!p)
4214                 return NULL;
4215         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4216 }
4217
4218 /**
4219  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4220  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4221  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4222  *
4223  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4224  */
4225 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4226 {
4227         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4228         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4229
4230         while (addr < end) {
4231                 free_page(addr);
4232                 addr += PAGE_SIZE;
4233         }
4234 }
4235 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4236
4237 /**
4238  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4239  * @offset: The zone index of the highest zone
4240  *
4241  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4242  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4243  * zone, the number of pages is calculated as:
4244  *     managed_pages - high_pages
4245  */
4246 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4247 {
4248         struct zoneref *z;
4249         struct zone *zone;
4250
4251         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4252         unsigned long sum = 0;
4253
4254         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4255
4256         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4257                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4258                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4259                 if (size > high)
4260                         sum += size - high;
4261         }
4262
4263         return sum;
4264 }
4265
4266 /**
4267  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4268  *
4269  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4270  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4271  */
4272 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4273 {
4274         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4275 }
4276 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4277
4278 /**
4279  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4280  *
4281  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4282  * high watermark within all zones.
4283  */
4284 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4285 {
4286         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4287 }
4288
4289 static inline void show_node(struct zone *zone)
4290 {
4291         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4292                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4293 }
4294
4295 long si_mem_available(void)
4296 {
4297         long available;
4298         unsigned long pagecache;
4299         unsigned long wmark_low = 0;
4300         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4301         struct zone *zone;
4302         int lru;
4303
4304         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4305                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4306
4307         for_each_zone(zone)
4308                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4309
4310         /*
4311          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4312          * without causing swapping.
4313          */
4314         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4315
4316         /*
4317          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4318          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4319          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4320          */
4321         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4322         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4323         available += pagecache;
4324
4325         /*
4326          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4327          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4328          */
4329         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4330                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4331
4332         if (available < 0)
4333                 available = 0;
4334         return available;
4335 }
4336 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4337
4338 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4339 {
4340         val->totalram = totalram_pages;
4341         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4342         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4343         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4344         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4345         val->freehigh = nr_free_highpages();
4346         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4347 }
4348
4349 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4350
4351 #ifdef CONFIG_NUMA
4352 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4353 {
4354         int zone_type;          /* needs to be signed */
4355         unsigned long managed_pages = 0;
4356         unsigned long managed_highpages = 0;
4357         unsigned long free_highpages = 0;
4358         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4359
4360         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4361                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4362         val->totalram = managed_pages;
4363         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4364         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4365 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4366         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4367                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4368
4369                 if (is_highmem(zone)) {
4370                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4371                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4372                 }
4373         }
4374         val->totalhigh = managed_highpages;
4375         val->freehigh = free_highpages;
4376 #else
4377         val->totalhigh = managed_highpages;
4378         val->freehigh = free_highpages;
4379 #endif
4380         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4381 }
4382 #endif
4383
4384 /*
4385  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4386  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4387  */
4388 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4389 {
4390         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4391                 return false;
4392
4393         /*
4394          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4395          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4396          * have to be precise here.
4397          */
4398         if (!nodemask)
4399                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4400
4401         return !node_isset(nid, *nodemask);
4402 }
4403
4404 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4405
4406 static void show_migration_types(unsigned char type)
4407 {
4408         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4409                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4410                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4411                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4412                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4413 #ifdef CONFIG_CMA
4414                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4415 #endif
4416 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4417                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4418 #endif
4419         };
4420         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4421         char *p = tmp;
4422         int i;
4423
4424         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4425                 if (type & (1 << i))
4426                         *p++ = types[i];
4427         }
4428
4429         *p = '\0';
4430         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4431 }
4432
4433 /*
4434  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4435  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4436  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4437  *
4438  * Bits in @filter:
4439  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4440  *   cpuset.
4441  */
4442 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4443 {
4444         unsigned long free_pcp = 0;
4445         int cpu;
4446         struct zone *zone;
4447         pg_data_t *pgdat;
4448
4449         for_each_populated_zone(zone) {
4450                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4451                         continue;
4452
4453                 for_each_online_cpu(cpu)
4454                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4455         }
4456
4457         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4458                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4459                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4460                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4461                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4462                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4463                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4464                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4465                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4466                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4467                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4468                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4469                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4470                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4471                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4472                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4473                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4474                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4475                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4476                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4477                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4478                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4479                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4480                 free_pcp,
4481                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4482
4483         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4484                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4485                         continue;
4486
4487                 printk("Node %d"
4488                         " active_anon:%lukB"
4489                         " inactive_anon:%lukB"
4490                         " active_file:%lukB"
4491                         " inactive_file:%lukB"
4492                         " unevictable:%lukB"
4493                         " isolated(anon):%lukB"
4494                         " isolated(file):%lukB"
4495                         " mapped:%lukB"
4496                         " dirty:%lukB"
4497                         " writeback:%lukB"
4498                         " shmem:%lukB"
4499 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4500                         " shmem_thp: %lukB"
4501                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4502                         " anon_thp: %lukB"
4503 #endif
4504                         " writeback_tmp:%lukB"
4505                         " unstable:%lukB"
4506                         " pages_scanned:%lu"
4507                         " all_unreclaimable? %s"
4508                         "\n",
4509                         pgdat->node_id,
4510                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4511                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4512                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4513                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4514                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4515                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4516                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4517                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4518                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4519                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4520 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4521                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4522                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4523                                         * HPAGE_PMD_NR),
4524                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4525 #endif
4526                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4527                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4528                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4529                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4530                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4531         }
4532
4533         for_each_populated_zone(zone) {
4534                 int i;
4535
4536                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4537                         continue;
4538
4539                 free_pcp = 0;
4540                 for_each_online_cpu(cpu)
4541                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4542
4543                 show_node(zone);
4544                 printk(KERN_CONT
4545                         "%s"
4546                         " free:%lukB"
4547                         " min:%lukB"
4548                         " low:%lukB"
4549                         " high:%lukB"
4550                         " active_anon:%lukB"
4551                         " inactive_anon:%lukB"
4552                         " active_file:%lukB"
4553                         " inactive_file:%lukB"
4554                         " unevictable:%lukB"
4555                         " writepending:%lukB"
4556                         " present:%lukB"
4557                         " managed:%lukB"
4558                         " mlocked:%lukB"
4559                         " slab_reclaimable:%lukB"
4560                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4561                         " kernel_stack:%lukB"
4562                         " pagetables:%lukB"
4563                         " bounce:%lukB"
4564                         " free_pcp:%lukB"
4565                         " local_pcp:%ukB"
4566                         " free_cma:%lukB"
4567                         "\n",
4568                         zone->name,
4569                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4570                         K(min_wmark_pages(zone)),
4571                         K(low_wmark_pages(zone)),
4572                         K(high_wmark_pages(zone)),
4573                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4574                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4575                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4576                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4577                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4578                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4579                         K(zone->present_pages),
4580                         K(zone->managed_pages),
4581                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4582                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4583                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4584                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4585                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4586                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4587                         K(free_pcp),
4588                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4589                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4590                 printk("lowmem_reserve[]:");
4591                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4592                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4593                 printk(KERN_CONT "\n");
4594         }
4595
4596         for_each_populated_zone(zone) {
4597                 unsigned int order;
4598                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4599                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4600
4601                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4602                         continue;
4603                 show_node(zone);
4604                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4605
4606                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4607                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4608                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4609                         int type;
4610
4611                         nr[order] = area->nr_free;
4612                         total += nr[order] << order;
4613
4614                         types[order] = 0;
4615                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4616                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4617                                         types[order] |= 1 << type;
4618                         }
4619                 }
4620                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4621                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4622                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4623                                nr[order], K(1UL) << order);
4624                         if (nr[order])
4625                                 show_migration_types(types[order]);
4626                 }
4627                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4628         }
4629
4630         hugetlb_show_meminfo();
4631
4632         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4633
4634         show_swap_cache_info();
4635 }
4636
4637 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4638 {
4639         zoneref->zone = zone;
4640         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4641 }
4642
4643 /*
4644  * Builds allocation fallback zone lists.
4645  *
4646  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4647  */
4648 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4649                                 int nr_zones)
4650 {
4651         struct zone *zone;
4652         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4653
4654         do {
4655                 zone_type--;
4656                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4657                 if (managed_zone(zone)) {
4658                         zoneref_set_zone(zone,
4659                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4660                         check_highest_zone(zone_type);
4661                 }
4662         } while (zone_type);
4663
4664         return nr_zones;
4665 }
4666
4667
4668 /*
4669  *  zonelist_order:
4670  *  0 = automatic detection of better ordering.
4671  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4672  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4673  *
4674  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4675  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4676  */
4677 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4678 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4679 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4680
4681 /* zonelist order in the kernel.
4682  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4683  */
4684 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4685 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4686
4687
4688 #ifdef CONFIG_NUMA
4689 /* The value user specified ....changed by config */
4690 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4691 /* string for sysctl */
4692 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4693 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4694
4695 /*
4696  * interface for configure zonelist ordering.
4697  * command line option "numa_zonelist_order"
4698  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4699  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4700  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4701  */
4702
4703 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4704 {
4705         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4706                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4707         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4708                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4709         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4710                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4711         } else {
4712                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4713                 return -EINVAL;
4714         }
4715         return 0;
4716 }
4717
4718 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4719 {
4720         int ret;
4721
4722         if (!s)
4723                 return 0;
4724
4725         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4726         if (ret == 0)
4727                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4728
4729         return ret;
4730 }
4731 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4732
4733 /*
4734  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4735  */
4736 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4737                 void __user *buffer, size_t *length,
4738                 loff_t *ppos)
4739 {
4740         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4741         int ret;
4742         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4743
4744         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4745         if (write) {
4746                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4747                         ret = -EINVAL;
4748                         goto out;
4749                 }
4750                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4751         }
4752         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4753         if (ret)
4754                 goto out;
4755         if (write) {
4756                 int oldval = user_zonelist_order;
4757
4758                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4759                 if (ret) {
4760                         /*
4761                          * bogus value.  restore saved string
4762                          */
4763                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4764                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4765                         user_zonelist_order = oldval;
4766                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4767                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4768                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4769                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4770                 }
4771         }
4772 out:
4773         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4774         return ret;
4775 }
4776
4777
4778 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4779 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4780
4781 /**
4782  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4783  * @node: node whose fallback list we're appending
4784  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4785  *
4786  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4787  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4788  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4789  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4790  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4791  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4792  * on them otherwise.
4793  * It returns -1 if no node is found.
4794  */
4795 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4796 {
4797         int n, val;
4798         int min_val = INT_MAX;
4799         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4800         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4801
4802         /* Use the local node if we haven't already */
4803         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4804                 node_set(node, *used_node_mask);
4805                 return node;
4806         }
4807
4808         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4809
4810                 /* Don't want a node to appear more than once */
4811                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4812                         continue;
4813
4814                 /* Use the distance array to find the distance */
4815                 val = node_distance(node, n);
4816
4817                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4818                 val += (n < node);
4819
4820                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4821                 tmp = cpumask_of_node(n);
4822                 if (!cpumask_empty(tmp))
4823                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4824
4825                 /* Slight preference for less loaded node */
4826                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4827                 val += node_load[n];
4828
4829                 if (val < min_val) {
4830                         min_val = val;
4831                         best_node = n;
4832                 }
4833         }
4834
4835         if (best_node >= 0)
4836                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4837
4838         return best_node;
4839 }
4840
4841
4842 /*
4843  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4844  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4845  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4846  */
4847 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4848 {
4849         int j;
4850         struct zonelist *zonelist;
4851
4852         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4853         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4854                 ;
4855         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4856         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4857         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4858 }
4859
4860 /*
4861  * Build gfp_thisnode zonelists
4862  */
4863 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4864 {
4865         int j;
4866         struct zonelist *zonelist;
4867
4868         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4869         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4870         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4871         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4872 }
4873
4874 /*
4875  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4876  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4877  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4878  * may still exist in local DMA zone.
4879  */
4880 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4881
4882 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4883 {
4884         int pos, j, node;
4885         int zone_type;          /* needs to be signed */
4886         struct zone *z;
4887         struct zonelist *zonelist;
4888
4889         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4890         pos = 0;
4891         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4892                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4893                         node = node_order[j];
4894                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4895                         if (managed_zone(z)) {
4896                                 zoneref_set_zone(z,
4897                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4898                                 check_highest_zone(zone_type);
4899                         }
4900                 }
4901         }
4902         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4903         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4904 }
4905
4906 #if defined(CONFIG_64BIT)
4907 /*
4908  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4909  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4910  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4911  */
4912 static int default_zonelist_order(void)
4913 {
4914         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4915 }
4916 #else
4917 /*
4918  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4919  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4920  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4921  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4922  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4923  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4924  */
4925 static int default_zonelist_order(void)
4926 {
4927         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4928 }
4929 #endif /* CONFIG_64BIT */
4930
4931 static void set_zonelist_order(void)
4932 {
4933         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4934                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4935         else
4936                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4937 }
4938
4939 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4940 {
4941         int i, node, load;
4942         nodemask_t used_mask;
4943         int local_node, prev_node;
4944         struct zonelist *zonelist;
4945         unsigned int order = current_zonelist_order;
4946
4947         /* initialize zonelists */
4948         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4949                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4950                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4951                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4952         }
4953
4954         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4955         local_node = pgdat->node_id;
4956         load = nr_online_nodes;
4957         prev_node = local_node;
4958         nodes_clear(used_mask);
4959
4960         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4961         i = 0;
4962
4963         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4964                 /*
4965                  * We don't want to pressure a particular node.
4966                  * So adding penalty to the first node in same
4967                  * distance group to make it round-robin.
4968                  */
4969                 if (node_distance(local_node, node) !=
4970                     node_distance(local_node, prev_node))
4971                         node_load[node] = load;
4972
4973                 prev_node = node;
4974                 load--;
4975                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4976                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4977                 else
4978                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4979         }
4980
4981         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4982                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4983                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4984         }
4985
4986         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4987 }
4988
4989 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4990 /*
4991  * Return node id of node used for "local" allocations.
4992  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4993  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4994  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4995  */
4996 int local_memory_node(int node)
4997 {
4998         struct zoneref *z;
4999
5000         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5001                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5002                                    NULL);
5003         return z->zone->node;
5004 }
5005 #endif
5006
5007 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5008 static void setup_min_slab_ratio(void);
5009 #else   /* CONFIG_NUMA */
5010
5011 static void set_zonelist_order(void)
5012 {
5013         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5014 }
5015
5016 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5017 {
5018         int node, local_node;
5019         enum zone_type j;
5020         struct zonelist *zonelist;
5021
5022         local_node = pgdat->node_id;
5023
5024         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5025         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5026
5027         /*
5028          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5029          * of all the other nodes.
5030          * We don't want to pressure a particular node, so when
5031          * building the zones for node N, we make sure that the
5032          * zones coming right after the local ones are those from
5033          * node N+1 (modulo N)
5034          */
5035         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5036                 if (!node_online(node))
5037                         continue;
5038                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5039         }
5040         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5041                 if (!node_online(node))
5042                         continue;
5043                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5044         }
5045
5046         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5047         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5048 }
5049
5050 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5051
5052 /*
5053  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5054  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5055  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5056  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5057  * with interrupts disabled.
5058  *
5059  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5060  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5061  * hotplugged processors.
5062  *
5063  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5064  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5065  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5066  */
5067 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5068 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5069 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5070
5071 /*
5072  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5073  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5074  */
5075 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5076
5077 /* return values int ....just for stop_machine() */
5078 static int __build_all_zonelists(void *data)
5079 {
5080         int nid;
5081         int cpu;
5082         pg_data_t *self = data;
5083
5084 #ifdef CONFIG_NUMA
5085         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5086 #endif
5087
5088         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5089                 build_zonelists(self);
5090         }
5091
5092         for_each_online_node(nid) {
5093                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5094
5095                 build_zonelists(pgdat);
5096         }
5097
5098         /*
5099          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5100          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5101          * each zone will be allocated later when the per cpu
5102          * allocator is available.
5103          *
5104          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5105          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5106          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5107          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5108          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5109          * (a chicken-egg dilemma).
5110          */
5111         for_each_possible_cpu(cpu) {
5112                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5113
5114 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5115                 /*
5116                  * We now know the "local memory node" for each node--
5117                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5118                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5119                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5120                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5121                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5122                  */
5123                 if (cpu_online(cpu))
5124                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5125 #endif
5126         }
5127
5128         return 0;
5129 }
5130
5131 static noinline void __init
5132 build_all_zonelists_init(void)
5133 {
5134         __build_all_zonelists(NULL);
5135         mminit_verify_zonelist();
5136         cpuset_init_current_mems_allowed();
5137 }
5138
5139 /*
5140  * Called with zonelists_mutex held always
5141  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5142  *
5143  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5144  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5145  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5146  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5147  */
5148 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5149 {
5150         set_zonelist_order();
5151
5152         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5153                 build_all_zonelists_init();
5154         } else {
5155 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5156                 if (zone)
5157                         setup_zone_pageset(zone);
5158 #endif
5159                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5160                    of zonelist */
5161                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5162                 /* cpuset refresh routine should be here */
5163         }
5164         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5165         /*
5166          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5167          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5168          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5169          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5170          * disabled and enable it later
5171          */
5172         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5173                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5174         else
5175                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5176
5177         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5178                 nr_online_nodes,
5179                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5180                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5181                 vm_total_pages);
5182 #ifdef CONFIG_NUMA
5183         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5184 #endif
5185 }
5186
5187 /*
5188  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5189  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5190  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5191  */
5192 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5193                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5194 {
5195         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5196         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5197         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5198         unsigned long pfn;
5199         unsigned long nr_initialised = 0;
5200 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5201         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5202 #endif
5203
5204         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5205                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5206
5207         /*
5208          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5209          * memory
5210          */
5211         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5212                 start_pfn += altmap->reserve;
5213
5214         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5215                 /*
5216                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5217                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5218                  */
5219                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5220                         goto not_early;
5221
5222                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5223 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5224                         /*
5225                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5226                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5227                          * on our next iteration of the loop.
5228                          */
5229                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5230 #endif
5231                         continue;
5232                 }
5233                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5234                         continue;
5235                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5236                         break;
5237
5238 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5239                 /*
5240                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5241                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5242                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5243                  */
5244                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5245                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5246                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5247                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5248                                                 break;
5249                                 r = tmp;
5250                         }
5251                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5252                             memblock_is_mirror(r)) {
5253                                 /* already initialized as NORMAL */
5254                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5255                                 continue;
5256                         }
5257                 }
5258 #endif
5259
5260 not_early:
5261                 /*
5262                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5263                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5264                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5265                  * the address space during boot when many long-lived
5266                  * kernel allocations are made.
5267                  *
5268                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5269                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5270                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5271                  * pfn out of zone.
5272                  */
5273                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5274                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5275
5276                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5277                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5278                 } else {
5279                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5280                 }
5281         }
5282 }
5283
5284 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5285 {
5286         unsigned int order, t;
5287         for_each_migratetype_order(order, t) {
5288                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5289                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5290         }
5291 }
5292
5293 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5294 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5295         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5296 #endif
5297
5298 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5299 {
5300 #ifdef CONFIG_MMU
5301         int batch;
5302
5303         /*
5304          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5305          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5306          *
5307          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5308          */
5309         batch = zone->managed_pages / 1024;
5310         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5311                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5312         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5313         if (batch < 1)
5314                 batch = 1;
5315
5316         /*
5317          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5318          * of 2 value was found to be more likely to have
5319          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5320          *
5321          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5322          * batches of pages, one task can end up with a lot
5323          * of pages of one half of the possible page colors
5324          * and the other with pages of the other colors.
5325          */
5326         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5327
5328         return batch;
5329
5330 #else
5331         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5332          * conditions.
5333          *
5334          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5335          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5336          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5337          *
5338          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5339          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5340          * can be a significant delay between the individual batches being
5341          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5342          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5343          */
5344         return 0;
5345 #endif
5346 }
5347
5348 /*
5349  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5350  * ->batch must never be higher then ->high.
5351  * The following function updates them in a safe manner without read side
5352  * locking.
5353  *
5354  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5355  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5356  *
5357  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5358  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5359  * exist).
5360  */
5361 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5362                 unsigned long batch)
5363 {
5364        /* start with a fail safe value for batch */
5365         pcp->batch = 1;
5366         smp_wmb();
5367
5368        /* Update high, then batch, in order */
5369         pcp->high = high;
5370         smp_wmb();
5371
5372         pcp->batch = batch;
5373 }
5374
5375 /* a companion to pageset_set_high() */
5376 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5377 {
5378         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5379 }
5380
5381 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5382 {
5383         struct per_cpu_pages *pcp;
5384         int migratetype;
5385
5386         memset(p, 0, sizeof(*p));
5387
5388         pcp = &p->pcp;
5389         pcp->count = 0;
5390         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5391                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5392 }
5393
5394 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5395 {
5396         pageset_init(p);
5397         pageset_set_batch(p, batch);
5398 }
5399
5400 /*
5401  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5402  * to the value high for the pageset p.
5403  */
5404 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5405                                 unsigned long high)
5406 {
5407         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5408         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5409                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5410
5411         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5412 }
5413
5414 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5415                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5416 {
5417         if (percpu_pagelist_fraction)
5418                 pageset_set_high(pcp,
5419                         (zone->managed_pages /
5420                                 percpu_pagelist_fraction));
5421         else
5422                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5423 }
5424
5425 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5426 {
5427         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5428
5429         pageset_init(pcp);
5430         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5431 }
5432
5433 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5434 {
5435         int cpu;
5436         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5437         for_each_possible_cpu(cpu)
5438                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5439 }
5440
5441 /*
5442  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5443  * Before this call only boot pagesets were available.
5444  */
5445 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5446 {
5447         struct pglist_data *pgdat;
5448         struct zone *zone;
5449
5450         for_each_populated_zone(zone)
5451                 setup_zone_pageset(zone);
5452
5453         for_each_online_pgdat(pgdat)
5454                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5455                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5456 }
5457
5458 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5459 {
5460         /*
5461          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5462          * relies on the ability of the linker to provide the
5463          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5464          */
5465         zone->pageset = &boot_pageset;
5466
5467         if (populated_zone(zone))
5468                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5469                         zone->name, zone->present_pages,
5470                                          zone_batchsize(zone));
5471 }
5472
5473 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5474                                         unsigned long zone_start_pfn,
5475                                         unsigned long size)
5476 {
5477         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5478
5479         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5480
5481         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5482
5483         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5484                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5485                         pgdat->node_id,
5486                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5487                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5488
5489         zone_init_free_lists(zone);
5490         zone->initialized = 1;
5491
5492         return 0;
5493 }
5494
5495 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5496 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5497
5498 /*
5499  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5500  */
5501 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5502                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5503 {
5504         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5505         int nid;
5506
5507         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5508                 return state->last_nid;
5509
5510         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5511         if (nid != -1) {
5512                 state->last_start = start_pfn;
5513                 state->last_end = end_pfn;
5514                 state->last_nid = nid;
5515         }
5516
5517         return nid;
5518 }
5519 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5520
5521 /**
5522  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5523  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5524  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5525  *
5526  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5527  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5528  * memblock_free_early_nid() manually.
5529  */
5530 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5531 {
5532         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5533         int i, this_nid;
5534
5535         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5536                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5537                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5538
5539                 if (start_pfn < end_pfn)
5540                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5541                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5542                                         this_nid);
5543         }
5544 }
5545
5546 /**
5547  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5548  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5549  *
5550  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5551  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5552  */
5553 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5554 {
5555         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5556         int i, this_nid;
5557
5558         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5559                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5560 }
5561
5562 /**
5563  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5564  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5565  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5566  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5567  *
5568  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5569  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5570  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5571  * PFNs will be 0.
5572  */
5573 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5574                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5575 {
5576         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5577         int i;
5578
5579         *start_pfn = -1UL;
5580         *end_pfn = 0;
5581
5582         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5583                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5584                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5585         }
5586
5587         if (*start_pfn == -1UL)
5588                 *start_pfn = 0;
5589 }
5590
5591 /*
5592  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5593  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5594  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5595  */
5596 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5597 {
5598         int zone_index;
5599         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5600                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5601                         continue;
5602
5603                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5604                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5605                         break;
5606         }
5607
5608         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5609         movable_zone = zone_index;
5610 }
5611
5612 /*
5613  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5614  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5615  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5616  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5617  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5618  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5619  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5620  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5621  */
5622 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5623                                         unsigned long zone_type,
5624                                         unsigned long node_start_pfn,
5625                                         unsigned long node_end_pfn,
5626                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5627                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5628 {
5629         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5630         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5631                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5632                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5633                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5634                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5635                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5636
5637                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5638                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5639                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5640                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5641                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5642
5643                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5644                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5645                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5646         }
5647 }
5648
5649 /*
5650  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5651  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5652  */
5653 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5654                                         unsigned long zone_type,
5655                                         unsigned long node_start_pfn,
5656                                         unsigned long node_end_pfn,
5657                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5658                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5659                                         unsigned long *ignored)
5660 {
5661         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5662         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5663                 return 0;
5664
5665         /* Get the start and end of the zone */
5666         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5667         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5668         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5669                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5670                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5671
5672         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5673         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5674                 return 0;
5675
5676         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5677         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5678         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5679
5680         /* Return the spanned pages */
5681         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5682 }
5683
5684 /*
5685  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5686  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5687  */
5688 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5689                                 unsigned long range_start_pfn,
5690                                 unsigned long range_end_pfn)
5691 {
5692         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5693         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5694         int i;
5695
5696         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5697                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5698                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5699                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5700         }
5701         return nr_absent;
5702 }
5703
5704 /**
5705  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5706  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5707  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5708  *
5709  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5710  */
5711 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5712                                                         unsigned long end_pfn)
5713 {
5714         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5715 }
5716
5717 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5718 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5719                                         unsigned long zone_type,
5720                                         unsigned long node_start_pfn,
5721                                         unsigned long node_end_pfn,
5722                                         unsigned long *ignored)
5723 {
5724         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5725         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5726         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5727         unsigned long nr_absent;
5728
5729         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5730         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5731                 return 0;
5732
5733         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5734         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5735
5736         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5737                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5738                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5739         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5740
5741         /*
5742          * ZONE_MOVABLE handling.
5743          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5744          * and vice versa.
5745          */
5746         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5747                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5748                 struct memblock_region *r;
5749
5750                 for_each_memblock(memory, r) {
5751                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5752                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5753                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5754                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5755
5756                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5757                             memblock_is_mirror(r))
5758                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5759
5760                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5761                             !memblock_is_mirror(r))
5762                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5763                 }
5764         }
5765
5766         return nr_absent;
5767 }
5768
5769 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5770 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5771                                         unsigned long zone_type,
5772                                         unsigned long node_start_pfn,
5773                                         unsigned long node_end_pfn,
5774                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5775                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5776                                         unsigned long *zones_size)
5777 {
5778         unsigned int zone;
5779
5780         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5781         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5782                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5783
5784         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5785
5786         return zones_size[zone_type];
5787 }
5788
5789 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5790                                                 unsigned long zone_type,
5791                                                 unsigned long node_start_pfn,
5792                                                 unsigned long node_end_pfn,
5793                                                 unsigned long *zholes_size)
5794 {
5795         if (!zholes_size)
5796                 return 0;
5797
5798         return zholes_size[zone_type];
5799 }
5800
5801 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5802
5803 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5804                                                 unsigned long node_start_pfn,
5805                                                 unsigned long node_end_pfn,
5806                                                 unsigned long *zones_size,
5807                                                 unsigned long *zholes_size)
5808 {
5809         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5810         enum zone_type i;
5811
5812         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5813                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5814                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5815                 unsigned long size, real_size;
5816
5817                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5818                                                   node_start_pfn,
5819                                                   node_end_pfn,
5820                                                   &zone_start_pfn,
5821                                                   &zone_end_pfn,
5822                                                   zones_size);
5823                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5824                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5825                                                   zholes_size);
5826                 if (size)
5827                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5828                 else
5829                         zone->zone_start_pfn = 0;
5830                 zone->spanned_pages = size;
5831                 zone->present_pages = real_size;
5832
5833                 totalpages += size;
5834                 realtotalpages += real_size;
5835         }
5836
5837         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5838         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5839         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5840                                                         realtotalpages);
5841 }
5842
5843 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5844 /*
5845  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5846  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5847  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5848  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5849  * bytes.
5850  */
5851 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5852 {
5853         unsigned long usemapsize;
5854
5855         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5856         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5857         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5858         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5859         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5860
5861         return usemapsize / 8;
5862 }
5863
5864 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5865                                 struct zone *zone,
5866                                 unsigned long zone_start_pfn,
5867                                 unsigned long zonesize)
5868 {
5869         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5870         zone->pageblock_flags = NULL;
5871         if (usemapsize)
5872                 zone->pageblock_flags =
5873                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5874                                                          pgdat->node_id);
5875 }
5876 #else
5877 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5878                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5879 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5880
5881 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5882
5883 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5884 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5885 {
5886         unsigned int order;
5887
5888         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5889         if (pageblock_order)
5890                 return;
5891
5892         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5893                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5894         else
5895                 order = MAX_ORDER - 1;
5896
5897         /*
5898          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5899          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5900          * powerpc.
5901          */
5902         pageblock_order = order;
5903 }
5904 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5905
5906 /*
5907  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5908  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5909  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5910  * the kernel config
5911  */
5912 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5913 {
5914 }
5915
5916 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5917
5918 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5919                                                    unsigned long present_pages)
5920 {
5921         unsigned long pages = spanned_pages;
5922
5923         /*
5924          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5925          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5926          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5927          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5928          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5929          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5930          */
5931         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5932             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5933                 pages = present_pages;
5934
5935         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5936 }
5937
5938 /*
5939  * Set up the zone data structures:
5940  *   - mark all pages reserved
5941  *   - mark all memory queues empty
5942  *   - clear the memory bitmaps
5943  *
5944  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5945  */
5946 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5947 {
5948         enum zone_type j;
5949         int nid = pgdat->node_id;
5950         int ret;
5951
5952         pgdat_resize_init(pgdat);
5953 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5954         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5955         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5956         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5957 #endif
5958 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5959         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5960         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5961         pgdat->split_queue_len = 0;
5962 #endif
5963         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5964         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5965 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5966         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5967 #endif
5968         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5969         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5970         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5971
5972         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5973                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5974                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5975                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5976
5977                 size = zone->spanned_pages;
5978                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5979
5980                 /*
5981                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5982                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5983                  * and per-cpu initialisations
5984                  */
5985                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5986                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5987                         if (freesize >= memmap_pages) {
5988                                 freesize -= memmap_pages;
5989                                 if (memmap_pages)
5990                                         printk(KERN_DEBUG
5991                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5992                                                zone_names[j], memmap_pages);
5993                         } else
5994                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5995                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5996                 }
5997
5998                 /* Account for reserved pages */
5999                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6000                         freesize -= dma_reserve;
6001                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6002                                         zone_names[0], dma_reserve);
6003                 }
6004
6005                 if (!is_highmem_idx(j))
6006                         nr_kernel_pages += freesize;
6007                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6008                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6009                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6010                 nr_all_pages += freesize;
6011
6012                 /*
6013                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6014                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6015                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6016                  */
6017                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6018 #ifdef CONFIG_NUMA
6019                 zone->node = nid;
6020 #endif
6021                 zone->name = zone_names[j];
6022                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6023                 spin_lock_init(&zone->lock);
6024                 zone_seqlock_init(zone);
6025                 zone_pcp_init(zone);
6026
6027                 if (!size)
6028                         continue;
6029
6030                 set_pageblock_order();
6031                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6032                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6033                 BUG_ON(ret);
6034                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6035         }
6036 }
6037
6038 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6039 {
6040         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6041         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6042
6043         /* Skip empty nodes */
6044         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6045                 return;
6046
6047 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6048         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6049         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6050         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6051         if (!pgdat->node_mem_map) {
6052                 unsigned long size, end;
6053                 struct page *map;
6054
6055                 /*
6056                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6057                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6058                  * for the buddy allocator to function correctly.
6059                  */
6060                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6061                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6062                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6063                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6064                 if (!map)
6065                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6066                                                                pgdat->node_id);
6067                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6068         }
6069 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6070         /*
6071          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6072          */
6073         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6074                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6075 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6076                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6077                         mem_map -= offset;
6078 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6079         }
6080 #endif
6081 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6082 }
6083
6084 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6085                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6086 {
6087         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6088         unsigned long start_pfn = 0;
6089         unsigned long end_pfn = 0;
6090
6091         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6092         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6093
6094         reset_deferred_meminit(pgdat);
6095         pgdat->node_id = nid;
6096         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6097         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6098 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6099         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6100         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6101                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6102                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6103 #else
6104         start_pfn = node_start_pfn;
6105 #endif
6106         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6107                                   zones_size, zholes_size);
6108
6109         alloc_node_mem_map(pgdat);
6110 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6111         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6112                 nid, (unsigned long)pgdat,
6113                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6114 #endif
6115
6116         free_area_init_core(pgdat);
6117 }
6118
6119 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6120
6121 #if MAX_NUMNODES > 1
6122 /*
6123  * Figure out the number of possible node ids.
6124  */
6125 void __init setup_nr_node_ids(void)
6126 {
6127         unsigned int highest;
6128
6129         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6130         nr_node_ids = highest + 1;
6131 }
6132 #endif
6133
6134 /**
6135  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6136  *
6137  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6138  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6139  * all the nodes.
6140  *
6141  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6142  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6143  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6144  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6145  *
6146  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6147  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6148  * populated node map.
6149  *
6150  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6151  * requirement (single node).
6152  */
6153 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6154 {
6155         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6156         unsigned long start, end, mask;
6157         int last_nid = -1;
6158         int i, nid;
6159
6160         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6161                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6162                         last_nid = nid;
6163                         last_end = end;
6164                         continue;
6165                 }
6166
6167                 /*
6168                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6169                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6170                  * too coarse to separate the current node from the last.
6171                  */
6172                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6173                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6174                         mask <<= 1;
6175
6176                 /* accumulate all internode masks */
6177                 accl_mask |= mask;
6178         }
6179
6180         /* convert mask to number of pages */
6181         return ~accl_mask + 1;
6182 }
6183
6184 /* Find the lowest pfn for a node */
6185 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6186 {
6187         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6188         unsigned long start_pfn;
6189         int i;
6190
6191         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6192                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6193
6194         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6195                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6196                 return 0;
6197         }
6198
6199         return min_pfn;
6200 }
6201
6202 /**
6203  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6204  *
6205  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6206  * memblock_set_node().
6207  */
6208 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6209 {
6210         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6211 }
6212
6213 /*
6214  * early_calculate_totalpages()
6215  * Sum pages in active regions for movable zone.
6216  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6217  */
6218 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6219 {
6220         unsigned long totalpages = 0;
6221         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6222         int i, nid;
6223
6224         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6225                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6226
6227                 totalpages += pages;
6228                 if (pages)
6229                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6230         }
6231         return totalpages;
6232 }
6233
6234 /*
6235  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6236  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6237  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6238  * others
6239  */
6240 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6241 {
6242         int i, nid;
6243         unsigned long usable_startpfn;
6244         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6245         /* save the state before borrow the nodemask */
6246         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6247         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6248         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6249         struct memblock_region *r;
6250
6251         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6252         find_usable_zone_for_movable();
6253
6254         /*
6255          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6256          * options.
6257          */
6258         if (movable_node_is_enabled()) {
6259                 for_each_memblock(memory, r) {
6260                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6261                                 continue;
6262
6263                         nid = r->nid;
6264
6265                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6266                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6267                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6268                                 usable_startpfn;
6269                 }
6270
6271                 goto out2;
6272         }
6273
6274         /*
6275          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6276          */
6277         if (mirrored_kernelcore) {
6278                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6279
6280                 for_each_memblock(memory, r) {
6281                         if (memblock_is_mirror(r))
6282                                 continue;
6283
6284                         nid = r->nid;
6285
6286                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6287
6288                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6289                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6290                                 continue;
6291                         }
6292
6293                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6294                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6295                                 usable_startpfn;
6296                 }
6297
6298                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6299                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6300
6301                 goto out2;
6302         }
6303
6304         /*
6305          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6306          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6307          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6308          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6309          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6310          * what movablecore would have allowed.
6311          */
6312         if (required_movablecore) {
6313                 unsigned long corepages;
6314
6315                 /*
6316                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6317                  * was requested by the user
6318                  */
6319                 required_movablecore =
6320                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6321                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6322                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6323
6324                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6325         }
6326
6327         /*
6328          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6329          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6330          */
6331         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6332                 goto out;
6333
6334         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6335         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6336
6337 restart:
6338         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6339         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6340         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6341                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6342
6343                 /*
6344                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6345                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6346                  * amount of memory for the kernel
6347                  */
6348                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6349                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6350
6351                 /*
6352                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6353                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6354                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6355                  */
6356                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6357
6358                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6359                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6360                         unsigned long size_pages;
6361
6362                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6363                         if (start_pfn >= end_pfn)
6364                                 continue;
6365
6366                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6367                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6368                                 unsigned long kernel_pages;
6369                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6370                                                                 - start_pfn;
6371
6372                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6373                                                         kernelcore_remaining);
6374                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6375                                                         required_kernelcore);
6376
6377                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6378                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6379
6380                                         /*
6381                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6382                                          * that if we have to rebalance
6383                                          * kernelcore across nodes, we will
6384                                          * not double account here
6385                                          */
6386                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6387                                         continue;
6388                                 }
6389                                 start_pfn = usable_startpfn;
6390                         }
6391
6392                         /*
6393                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6394                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6395                          * number of pages used as kernelcore
6396                          */
6397                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6398                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6399                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6400                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6401
6402                         /*
6403                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6404                          * break if the kernelcore for this node has been
6405                          * satisfied
6406                          */
6407                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6408                                                                 size_pages);
6409                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6410                         if (!kernelcore_remaining)
6411                                 break;
6412                 }
6413         }
6414
6415         /*
6416          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6417          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6418          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6419          * satisfied
6420          */
6421         usable_nodes--;
6422         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6423                 goto restart;
6424
6425 out2:
6426         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6427         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6428                 zone_movable_pfn[nid] =
6429                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6430
6431 out:
6432         /* restore the node_state */
6433         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6434 }
6435
6436 /* Any regular or high memory on that node ? */
6437 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6438 {
6439         enum zone_type zone_type;
6440
6441         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6442                 return;
6443
6444         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6445                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6446                 if (populated_zone(zone)) {
6447                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6448                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6449                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6450                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6451                         break;
6452                 }
6453         }
6454 }
6455
6456 /**
6457  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6458  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6459  *
6460  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6461  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6462  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6463  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6464  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6465  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6466  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6467  * at arch_max_dma_pfn.
6468  */
6469 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6470 {
6471         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6472         int i, nid;
6473
6474         /* Record where the zone boundaries are */
6475         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6476                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6477         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6478                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6479
6480         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6481
6482         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6483                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6484                         continue;
6485
6486                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6487                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6488                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6489
6490                 start_pfn = end_pfn;
6491         }
6492
6493         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6494         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6495         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6496
6497         /* Print out the zone ranges */
6498         pr_info("Zone ranges:\n");
6499         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6500                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6501                         continue;
6502                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6503                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6504                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6505                         pr_cont("empty\n");
6506                 else
6507                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6508                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6509                                         << PAGE_SHIFT,
6510                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6511                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6512         }
6513
6514         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6515         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6516         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6517                 if (zone_movable_pfn[i])
6518                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6519                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6520         }
6521
6522         /* Print out the early node map */
6523         pr_info("Early memory node ranges\n");
6524         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6525                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6526                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6527                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6528
6529         /* Initialise every node */
6530         mminit_verify_pageflags_layout();
6531         setup_nr_node_ids();
6532         for_each_online_node(nid) {
6533                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6534                 free_area_init_node(nid, NULL,
6535                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6536
6537                 /* Any memory on that node */
6538                 if (pgdat->node_present_pages)
6539                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6540                 check_for_memory(pgdat, nid);
6541         }
6542 }
6543
6544 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6545 {
6546         unsigned long long coremem;
6547         if (!p)
6548                 return -EINVAL;
6549
6550         coremem = memparse(p, &p);
6551         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6552
6553         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6554         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6555
6556         return 0;
6557 }
6558
6559 /*
6560  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6561  * cannot be reclaimed or migrated.
6562  */
6563 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6564 {
6565         /* parse kernelcore=mirror */
6566         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6567                 mirrored_kernelcore = true;
6568                 return 0;
6569         }
6570
6571         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6572 }
6573
6574 /*
6575  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6576  * can be reclaimed or migrated.
6577  */
6578 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6579 {
6580         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6581 }
6582
6583 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6584 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6585
6586 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6587
6588 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6589 {
6590         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6591         page_zone(page)->managed_pages += count;
6592         totalram_pages += count;
6593 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6594         if (PageHighMem(page))
6595                 totalhigh_pages += count;
6596 #endif
6597         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6598 }
6599 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6600
6601 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6602 {
6603         void *pos;
6604         unsigned long pages = 0;
6605
6606         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6607         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6608         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6609                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6610                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6611                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6612         }
6613
6614         if (pages && s)
6615                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6616                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6617
6618         return pages;
6619 }
6620 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6621
6622 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6623 void free_highmem_page(struct page *page)
6624 {
6625         __free_reserved_page(page);
6626         totalram_pages++;
6627         page_zone(page)->managed_pages++;
6628         totalhigh_pages++;
6629 }
6630 #endif
6631
6632
6633 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6634 {
6635         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6636         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6637
6638         physpages = get_num_physpages();
6639         codesize = _etext - _stext;
6640         datasize = _edata - _sdata;
6641         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6642         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6643         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6644         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6645
6646         /*
6647          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6648          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6649          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6650          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6651          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6652          */
6653 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6654         do { \
6655                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6656                         size -= adj; \
6657         } while (0)
6658
6659         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6660                      _sinittext, init_code_size);
6661         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6662         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6663         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6664         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6665
6666 #undef  adj_init_size
6667
6668         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6669 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6670                 ", %luK highmem"
6671 #endif
6672                 "%s%s)\n",
6673                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6674                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6675                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6676                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6677                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6678                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6679 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6680                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6681 #endif
6682                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6683 }
6684
6685 /**
6686  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6687  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6688  *
6689  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6690  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6691  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6692  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6693  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6694  * smaller per-cpu batchsize.
6695  */
6696 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6697 {
6698         dma_reserve = new_dma_reserve;
6699 }
6700
6701 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6702 {
6703         free_area_init_node(0, zones_size,
6704                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6705 }
6706
6707 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6708 {
6709
6710         lru_add_drain_cpu(cpu);
6711         drain_pages(cpu);
6712
6713         /*
6714          * Spill the event counters of the dead processor
6715          * into the current processors event counters.
6716          * This artificially elevates the count of the current
6717          * processor.
6718          */
6719         vm_events_fold_cpu(cpu);
6720
6721         /*
6722          * Zero the differential counters of the dead processor
6723          * so that the vm statistics are consistent.
6724          *
6725          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6726          * race with what we are doing.
6727          */
6728         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6729         return 0;
6730 }
6731
6732 void __init page_alloc_init(void)
6733 {
6734         int ret;
6735
6736         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6737                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6738                                         page_alloc_cpu_dead);
6739         WARN_ON(ret < 0);
6740 }
6741
6742 /*
6743  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6744  *      or min_free_kbytes changes.
6745  */
6746 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6747 {
6748         struct pglist_data *pgdat;
6749         unsigned long reserve_pages = 0;
6750         enum zone_type i, j;
6751
6752         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6753
6754                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6755
6756                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6757                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6758                         long max = 0;
6759
6760                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6761                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6762                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6763                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6764                         }
6765
6766                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6767                         max += high_wmark_pages(zone);
6768
6769                         if (max > zone->managed_pages)
6770                                 max = zone->managed_pages;
6771
6772                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6773
6774                         reserve_pages += max;
6775                 }
6776         }
6777         totalreserve_pages = reserve_pages;
6778 }
6779
6780 /*
6781  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6782  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6783  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6784  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6785  */
6786 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6787 {
6788         struct pglist_data *pgdat;
6789         enum zone_type j, idx;
6790
6791         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6792                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6793                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6794                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6795
6796                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6797
6798                         idx = j;
6799                         while (idx) {
6800                                 struct zone *lower_zone;
6801
6802                                 idx--;
6803
6804                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6805                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6806
6807                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6808                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6809                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6810                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6811                         }
6812                 }
6813         }
6814
6815         /* update totalreserve_pages */
6816         calculate_totalreserve_pages();
6817 }
6818
6819 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6820 {
6821         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6822         unsigned long lowmem_pages = 0;
6823         struct zone *zone;
6824         unsigned long flags;
6825
6826         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6827         for_each_zone(zone) {
6828                 if (!is_highmem(zone))
6829                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6830         }
6831
6832         for_each_zone(zone) {
6833                 u64 tmp;
6834
6835                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6836                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6837                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6838                 if (is_highmem(zone)) {
6839                         /*
6840                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6841                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6842                          * value here.
6843                          *
6844                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6845                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6846                          * not be capped for highmem.
6847                          */
6848                         unsigned long min_pages;
6849
6850                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6851                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6852                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6853                 } else {
6854                         /*
6855                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6856                          * proportionate to the zone's size.
6857                          */
6858                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6859                 }
6860
6861                 /*
6862                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6863                  * scale factor in proportion to available memory, but
6864                  * ensure a minimum size on small systems.
6865                  */
6866                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6867                             mult_frac(zone->managed_pages,
6868                                       watermark_scale_factor, 10000));
6869
6870                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6871                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6872
6873                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6874         }
6875
6876         /* update totalreserve_pages */
6877         calculate_totalreserve_pages();
6878 }
6879
6880 /**
6881  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6882  * or when memory is hot-{added|removed}
6883  *
6884  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6885  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6886  */
6887 void setup_per_zone_wmarks(void)
6888 {
6889         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6890         __setup_per_zone_wmarks();
6891         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6892 }
6893
6894 /*
6895  * Initialise min_free_kbytes.
6896  *
6897  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6898  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6899  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6900  *
6901  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6902  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6903  *
6904  * which yields
6905  *
6906  * 16MB:        512k
6907  * 32MB:        724k
6908  * 64MB:        1024k
6909  * 128MB:       1448k
6910  * 256MB:       2048k
6911  * 512MB:       2896k
6912  * 1024MB:      4096k
6913  * 2048MB:      5792k
6914  * 4096MB:      8192k
6915  * 8192MB:      11584k
6916  * 16384MB:     16384k
6917  */
6918 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6919 {
6920         unsigned long lowmem_kbytes;
6921         int new_min_free_kbytes;
6922
6923         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6924         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6925
6926         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6927                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6928                 if (min_free_kbytes < 128)
6929                         min_free_kbytes = 128;
6930                 if (min_free_kbytes > 65536)
6931                         min_free_kbytes = 65536;
6932         } else {
6933                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6934                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6935         }
6936         setup_per_zone_wmarks();
6937         refresh_zone_stat_thresholds();
6938         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6939
6940 #ifdef CONFIG_NUMA
6941         setup_min_unmapped_ratio();
6942         setup_min_slab_ratio();
6943 #endif
6944
6945         return 0;
6946 }
6947 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6948
6949 /*
6950  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6951  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6952  *      changes.
6953  */
6954 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6955         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6956 {
6957         int rc;
6958
6959         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6960         if (rc)
6961                 return rc;
6962
6963         if (write) {
6964                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6965                 setup_per_zone_wmarks();
6966         }
6967         return 0;
6968 }
6969
6970 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6971         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6972 {
6973         int rc;
6974
6975         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6976         if (rc)
6977                 return rc;
6978
6979         if (write)
6980                 setup_per_zone_wmarks();
6981
6982         return 0;
6983 }
6984
6985 #ifdef CONFIG_NUMA
6986 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6987 {
6988         pg_data_t *pgdat;
6989         struct zone *zone;
6990
6991         for_each_online_pgdat(pgdat)
6992                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6993
6994         for_each_zone(zone)
6995                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6996                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6997 }
6998
6999
7000 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7001         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7002 {
7003         int rc;
7004
7005         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7006         if (rc)
7007                 return rc;
7008
7009         setup_min_unmapped_ratio();
7010
7011         return 0;
7012 }
7013
7014 static void setup_min_slab_ratio(void)
7015 {
7016         pg_data_t *pgdat;
7017         struct zone *zone;
7018
7019         for_each_online_pgdat(pgdat)
7020                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7021
7022         for_each_zone(zone)
7023                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7024                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7025 }
7026
7027 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7028         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7029 {
7030         int rc;
7031
7032         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7033         if (rc)
7034                 return rc;
7035
7036         setup_min_slab_ratio();
7037
7038         return 0;
7039 }
7040 #endif
7041
7042 /*
7043  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7044  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7045  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7046  *
7047  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7048  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7049  * if in function of the boot time zone sizes.
7050  */
7051 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7052         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7053 {
7054         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7055         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7056         return 0;
7057 }
7058
7059 /*
7060  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7061  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7062  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7063  */
7064 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7065         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7066 {
7067         struct zone *zone;
7068         int old_percpu_pagelist_fraction;
7069         int ret;
7070
7071         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7072         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7073
7074         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7075         if (!write || ret < 0)
7076                 goto out;
7077
7078         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7079         if (percpu_pagelist_fraction &&
7080             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7081                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7082                 ret = -EINVAL;
7083                 goto out;
7084         }
7085
7086         /* No change? */
7087         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7088                 goto out;
7089
7090         for_each_populated_zone(zone) {
7091                 unsigned int cpu;
7092
7093                 for_each_possible_cpu(cpu)
7094                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7095                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7096         }
7097 out:
7098         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7099         return ret;
7100 }
7101
7102 #ifdef CONFIG_NUMA
7103 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7104
7105 static int __init set_hashdist(char *str)
7106 {
7107         if (!str)
7108                 return 0;
7109         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7110         return 1;
7111 }
7112 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7113 #endif
7114
7115 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7116 /*
7117  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7118  * is not known to alloc_large_system_hash().
7119  */
7120 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7121 {
7122         return 0;
7123 }
7124 #endif
7125
7126 /*
7127  * allocate a large system hash table from bootmem
7128  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7129  *   quantity of entries
7130  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7131  */
7132 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7133                                      unsigned long bucketsize,
7134                                      unsigned long numentries,
7135                                      int scale,
7136                                      int flags,
7137                                      unsigned int *_hash_shift,
7138                                      unsigned int *_hash_mask,
7139                                      unsigned long low_limit,
7140                                      unsigned long high_limit)
7141 {
7142         unsigned long long max = high_limit;
7143         unsigned long log2qty, size;
7144         void *table = NULL;
7145
7146         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7147         if (!numentries) {
7148                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7149                 numentries = nr_kernel_pages;
7150                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7151
7152                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7153                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7154                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7155
7156                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7157                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7158                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7159                 else
7160                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7161
7162                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7163                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7164                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7165                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7166                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7167                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7168                                 BUG_ON(!numentries);
7169                         }
7170                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7171                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7172         }
7173         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7174
7175         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7176         if (max == 0) {
7177                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7178                 do_div(max, bucketsize);
7179         }
7180         max = min(max, 0x80000000ULL);
7181
7182         if (numentries < low_limit)
7183                 numentries = low_limit;
7184         if (numentries > max)
7185                 numentries = max;
7186
7187         log2qty = ilog2(numentries);
7188
7189         do {
7190                 size = bucketsize << log2qty;
7191                 if (flags & HASH_EARLY)
7192                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7193                 else if (hashdist)
7194                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7195                 else {
7196                         /*
7197                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7198                          * some pages at the end of hash table which
7199                          * alloc_pages_exact() automatically does
7200                          */
7201                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7202                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7203                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7204                         }
7205                 }
7206         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7207
7208         if (!table)
7209                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7210
7211         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7212                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7213
7214         if (_hash_shift)
7215                 *_hash_shift = log2qty;
7216         if (_hash_mask)
7217                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7218
7219         return table;
7220 }
7221
7222 /*
7223  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7224  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7225  *
7226  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7227  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7228  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7229  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7230  */
7231 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7232                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7233 {
7234         unsigned long pfn, iter, found;
7235         int mt;
7236
7237         /*
7238          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7239          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7240          */
7241         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7242                 return false;
7243         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7244         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7245                 return false;
7246
7247         pfn = page_to_pfn(page);
7248         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7249                 unsigned long check = pfn + iter;
7250
7251                 if (!pfn_valid_within(check))
7252                         continue;
7253
7254                 page = pfn_to_page(check);
7255
7256                 /*
7257                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7258                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7259                  * handle each tail page individually in migration.
7260                  */
7261                 if (PageHuge(page)) {
7262                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7263                         continue;
7264                 }
7265
7266                 /*
7267                  * We can't use page_count without pin a page
7268                  * because another CPU can free compound page.
7269                  * This check already skips compound tails of THP
7270                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7271                  */
7272                 if (!page_ref_count(page)) {
7273                         if (PageBuddy(page))
7274                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7275                         continue;
7276                 }
7277
7278                 /*
7279                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7280                  * page_count() is not 0.
7281                  */
7282                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7283                         continue;
7284
7285                 if (__PageMovable(page))
7286                         continue;
7287
7288                 if (!PageLRU(page))
7289                         found++;
7290                 /*
7291                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7292                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7293                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7294                  */
7295                 /*
7296                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7297                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7298                  *
7299                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7300                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7301                  * page at boot.
7302                  */
7303                 if (found > count)
7304                         return true;
7305         }
7306         return false;
7307 }
7308
7309 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7310 {
7311         struct zone *zone;
7312         unsigned long pfn;
7313
7314         /*
7315          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7316          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7317          * the zone but still within the section.
7318          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7319          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7320          */
7321         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7322                 return false;
7323
7324         zone = page_zone(page);
7325         pfn = page_to_pfn(page);
7326         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7327                 return false;
7328
7329         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7330 }
7331
7332 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7333
7334 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7335 {
7336         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7337                              pageblock_nr_pages) - 1);
7338 }
7339
7340 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7341 {
7342         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7343                                 pageblock_nr_pages));
7344 }
7345
7346 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7347 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7348                                         unsigned long start, unsigned long end)
7349 {
7350         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7351         unsigned long nr_reclaimed;
7352         unsigned long pfn = start;
7353         unsigned int tries = 0;
7354         int ret = 0;
7355
7356         migrate_prep();
7357
7358         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7359                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7360                         ret = -EINTR;
7361                         break;
7362                 }
7363
7364                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7365                         cc->nr_migratepages = 0;
7366                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7367                         if (!pfn) {
7368                                 ret = -EINTR;
7369                                 break;
7370                         }
7371                         tries = 0;
7372                 } else if (++tries == 5) {
7373                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7374                         break;
7375                 }
7376
7377                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7378                                                         &cc->migratepages);
7379                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7380
7381                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7382                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7383         }
7384         if (ret < 0) {
7385                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7386                 return ret;
7387         }
7388         return 0;
7389 }
7390
7391 /**
7392  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7393  * @start:      start PFN to allocate
7394  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7395  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7396  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7397  *                      in range must have the same migratetype and it must
7398  *                      be either of the two.
7399  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7400  *
7401  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7402  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7403  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7404  * pages fall in.
7405  *
7406  * The PFN range must belong to a single zone.
7407  *
7408  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7409  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7410  * need to be freed with free_contig_range().
7411  */
7412 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7413                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7414 {
7415         unsigned long outer_start, outer_end;
7416         unsigned int order;
7417         int ret = 0;
7418
7419         struct compact_control cc = {
7420                 .nr_migratepages = 0,
7421                 .order = -1,
7422                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7423                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7424                 .ignore_skip_hint = true,
7425                 .gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask),
7426         };
7427         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7428
7429         /*
7430          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7431          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7432          * have different sizes, and due to the way page allocator
7433          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7434          * that page allocator won't try to merge buddies from
7435          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7436          * other migration type.
7437          *
7438          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7439          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7440          * we are interested in).  This will put all the pages in
7441          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7442          *
7443          * When this is done, we take the pages in range from page
7444          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7445          * page allocator will never consider using them.
7446          *
7447          * This lets us mark the pageblocks back as
7448          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7449          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7450          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7451          */
7452
7453         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7454                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7455                                        false);
7456         if (ret)
7457                 return ret;
7458
7459         /*
7460          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7461          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7462          */
7463         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7464         if (ret && ret != -EBUSY)
7465                 goto done;
7466
7467         /*
7468          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7469          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7470          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7471          * What we are going to do is to allocate all pages from
7472          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7473          *
7474          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7475          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7476          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7477          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7478          * once this is done free the pages we are not interested in.
7479          *
7480          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7481          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7482          */
7483
7484         lru_add_drain_all();
7485         drain_all_pages(cc.zone);
7486
7487         order = 0;
7488         outer_start = start;
7489         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7490                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7491                         outer_start = start;
7492                         break;
7493                 }
7494                 outer_start &= ~0UL << order;
7495         }
7496
7497         if (outer_start != start) {
7498                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7499
7500                 /*
7501                  * outer_start page could be small order buddy page and
7502                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7503                  * in this case to report failed page properly
7504                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7505                  */
7506                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7507                         outer_start = start;
7508         }
7509
7510         /* Make sure the range is really isolated. */
7511         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7512                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7513                         __func__, outer_start, end);
7514                 ret = -EBUSY;
7515                 goto done;
7516         }
7517
7518         /* Grab isolated pages from freelists. */
7519         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7520         if (!outer_end) {
7521                 ret = -EBUSY;
7522                 goto done;
7523         }
7524
7525         /* Free head and tail (if any) */
7526         if (start != outer_start)
7527                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7528         if (end != outer_end)
7529                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7530
7531 done:
7532         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7533                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7534         return ret;
7535 }
7536
7537 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7538 {
7539         unsigned int count = 0;
7540
7541         for (; nr_pages--; pfn++) {
7542                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7543
7544                 count += page_count(page) != 1;
7545                 __free_page(page);
7546         }
7547         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7548 }
7549 #endif
7550
7551 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7552 /*
7553  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7554  * page high values need to be recalulated.
7555  */
7556 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7557 {
7558         unsigned cpu;
7559         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7560         for_each_possible_cpu(cpu)
7561                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7562                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7563         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7564 }
7565 #endif
7566
7567 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7568 {
7569         unsigned long flags;
7570         int cpu;
7571         struct per_cpu_pageset *pset;
7572
7573         /* avoid races with drain_pages()  */
7574         local_irq_save(flags);
7575         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7576                 for_each_online_cpu(cpu) {
7577                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7578                         drain_zonestat(zone, pset);
7579                 }
7580                 free_percpu(zone->pageset);
7581                 zone->pageset = &boot_pageset;
7582         }
7583         local_irq_restore(flags);
7584 }
7585
7586 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7587 /*
7588  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7589  * before calling this.
7590  */
7591 void
7592 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7593 {
7594         struct page *page;
7595         struct zone *zone;
7596         unsigned int order, i;
7597         unsigned long pfn;
7598         unsigned long flags;
7599         /* find the first valid pfn */
7600         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7601                 if (pfn_valid(pfn))
7602                         break;
7603         if (pfn == end_pfn)
7604                 return;
7605         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7606         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7607         pfn = start_pfn;
7608         while (pfn < end_pfn) {
7609                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7610                         pfn++;
7611                         continue;
7612                 }
7613                 page = pfn_to_page(pfn);
7614                 /*
7615                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7616                  * page_count() is not 0.
7617                  */
7618                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7619                         pfn++;
7620                         SetPageReserved(page);
7621                         continue;
7622                 }
7623
7624                 BUG_ON(page_count(page));
7625                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7626                 order = page_order(page);
7627 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7628                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7629                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7630 #endif
7631                 list_del(&page->lru);
7632                 rmv_page_order(page);
7633                 zone->free_area[order].nr_free--;
7634                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7635                         SetPageReserved((page+i));
7636                 pfn += (1 << order);
7637         }
7638         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7639 }
7640 #endif
7641
7642 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7643 {
7644         struct zone *zone = page_zone(page);
7645         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7646         unsigned long flags;
7647         unsigned int order;
7648
7649         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7650         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7651                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7652
7653                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7654                         break;
7655         }
7656         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7657
7658         return order < MAX_ORDER;
7659 }