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