]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
kaweth: use skb_cow_head() to deal with cloned skbs
[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 (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
877                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
878                         list_add_tail(&page->lru,
879                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
880                         goto out;
881                 }
882         }
883
884         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
885 out:
886         zone->free_area[order].nr_free++;
887 }
888
889 /*
890  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
891  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
892  * check if necessary.
893  */
894 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
895                                         unsigned long check_flags)
896 {
897         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
898                 return false;
899
900         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
901                         page_ref_count(page) |
902 #ifdef CONFIG_MEMCG
903                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
904 #endif
905                         (page->flags & check_flags)))
906                 return false;
907
908         return true;
909 }
910
911 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
912 {
913         const char *bad_reason;
914         unsigned long bad_flags;
915
916         bad_reason = NULL;
917         bad_flags = 0;
918
919         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
920                 bad_reason = "nonzero mapcount";
921         if (unlikely(page->mapping != NULL))
922                 bad_reason = "non-NULL mapping";
923         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
924                 bad_reason = "nonzero _refcount";
925         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
926                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
927                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
928         }
929 #ifdef CONFIG_MEMCG
930         if (unlikely(page->mem_cgroup))
931                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
932 #endif
933         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
934 }
935
936 static inline int free_pages_check(struct page *page)
937 {
938         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
939                 return 0;
940
941         /* Something has gone sideways, find it */
942         free_pages_check_bad(page);
943         return 1;
944 }
945
946 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
947 {
948         int ret = 1;
949
950         /*
951          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
952          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
953          */
954         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
955
956         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
957                 ret = 0;
958                 goto out;
959         }
960         switch (page - head_page) {
961         case 1:
962                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
963                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
964                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
965                         goto out;
966                 }
967                 break;
968         case 2:
969                 /*
970                  * the second tail page: ->mapping is
971                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
972                  */
973                 break;
974         default:
975                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
976                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
977                         goto out;
978                 }
979                 break;
980         }
981         if (unlikely(!PageTail(page))) {
982                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
983                 goto out;
984         }
985         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
986                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
987                 goto out;
988         }
989         ret = 0;
990 out:
991         page->mapping = NULL;
992         clear_compound_head(page);
993         return ret;
994 }
995
996 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
997                                         unsigned int order, bool check_free)
998 {
999         int bad = 0;
1000
1001         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1002
1003         trace_mm_page_free(page, order);
1004         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1005
1006         /*
1007          * Check tail pages before head page information is cleared to
1008          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1009          */
1010         if (unlikely(order)) {
1011                 bool compound = PageCompound(page);
1012                 int i;
1013
1014                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1015
1016                 if (compound)
1017                         ClearPageDoubleMap(page);
1018                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1019                         if (compound)
1020                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1021                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1022                                 bad++;
1023                                 continue;
1024                         }
1025                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1026                 }
1027         }
1028         if (PageMappingFlags(page))
1029                 page->mapping = NULL;
1030         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1031                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1032         if (check_free)
1033                 bad += free_pages_check(page);
1034         if (bad)
1035                 return false;
1036
1037         page_cpupid_reset_last(page);
1038         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1039         reset_page_owner(page, order);
1040
1041         if (!PageHighMem(page)) {
1042                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1043                                            PAGE_SIZE << order);
1044                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1045                                            PAGE_SIZE << order);
1046         }
1047         arch_free_page(page, order);
1048         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1049         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kasan_free_pages(page, order);
1051
1052         return true;
1053 }
1054
1055 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1056 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1057 {
1058         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1059 }
1060
1061 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1062 {
1063         return false;
1064 }
1065 #else
1066 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1067 {
1068         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1069 }
1070
1071 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1072 {
1073         return free_pages_check(page);
1074 }
1075 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1076
1077 /*
1078  * Frees a number of pages from the PCP lists
1079  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1080  * count is the number of pages to free.
1081  *
1082  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1083  * see if this freeing clears that state.
1084  *
1085  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1086  * pinned" detection logic.
1087  */
1088 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1089                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1090 {
1091         int migratetype = 0;
1092         int batch_free = 0;
1093         unsigned long nr_scanned, flags;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1099         if (nr_scanned)
1100                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1101
1102         while (count) {
1103                 struct page *page;
1104                 struct list_head *list;
1105
1106                 /*
1107                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1108                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1109                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1110                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1111                  * lists
1112                  */
1113                 do {
1114                         batch_free++;
1115                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1116                                 migratetype = 0;
1117                         list = &pcp->lists[migratetype];
1118                 } while (list_empty(list));
1119
1120                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1121                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1122                         batch_free = count;
1123
1124                 do {
1125                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1126
1127                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1128                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1129                         list_del(&page->lru);
1130
1131                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1132                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1133                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1134                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1135                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1136                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1137
1138                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1139                                 continue;
1140
1141                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1142                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1143                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1144         }
1145         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1146 }
1147
1148 static void free_one_page(struct zone *zone,
1149                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1150                                 unsigned int order,
1151                                 int migratetype)
1152 {
1153         unsigned long nr_scanned, flags;
1154         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1155         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1156         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1157         if (nr_scanned)
1158                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1159
1160         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1161                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1162                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1163         }
1164         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1165         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1166 }
1167
1168 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1169                                 unsigned long zone, int nid)
1170 {
1171         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1172         init_page_count(page);
1173         page_mapcount_reset(page);
1174         page_cpupid_reset_last(page);
1175
1176         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1177 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1178         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1179         if (!is_highmem_idx(zone))
1180                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1181 #endif
1182 }
1183
1184 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1185                                         int nid)
1186 {
1187         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1188 }
1189
1190 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1191 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1192 {
1193         pg_data_t *pgdat;
1194         int nid, zid;
1195
1196         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1197                 return;
1198
1199         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1200         pgdat = NODE_DATA(nid);
1201
1202         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1203                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1204
1205                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1206                         break;
1207         }
1208         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1209 }
1210 #else
1211 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1212 {
1213 }
1214 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1215
1216 /*
1217  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1218  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1219  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1220  * sent to the buddy page allocator.
1221  */
1222 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1223 {
1224         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1225         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1226
1227         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1228                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1229                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1230
1231                         init_reserved_page(start_pfn);
1232
1233                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1234                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1235
1236                         SetPageReserved(page);
1237                 }
1238         }
1239 }
1240
1241 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1242 {
1243         int migratetype;
1244         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1245
1246         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1247                 return;
1248
1249         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1250         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1251 }
1252
1253 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1254 {
1255         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1256         struct page *p = page;
1257         unsigned int loop;
1258
1259         prefetchw(p);
1260         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1261                 prefetchw(p + 1);
1262                 __ClearPageReserved(p);
1263                 set_page_count(p, 0);
1264         }
1265         __ClearPageReserved(p);
1266         set_page_count(p, 0);
1267
1268         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1269         set_page_refcounted(page);
1270         __free_pages(page, order);
1271 }
1272
1273 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1274         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1275
1276 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1277
1278 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1279 {
1280         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1281         int nid;
1282
1283         spin_lock(&early_pfn_lock);
1284         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1285         if (nid < 0)
1286                 nid = first_online_node;
1287         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1288
1289         return nid;
1290 }
1291 #endif
1292
1293 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1294 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1295                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1296 {
1297         int nid;
1298
1299         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1300         if (nid >= 0 && nid != node)
1301                 return false;
1302         return true;
1303 }
1304
1305 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1306 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1307 {
1308         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1309 }
1310
1311 #else
1312
1313 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1318                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1319 {
1320         return true;
1321 }
1322 #endif
1323
1324
1325 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1326                                                         unsigned int order)
1327 {
1328         if (early_page_uninitialised(pfn))
1329                 return;
1330         return __free_pages_boot_core(page, order);
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1335  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1336  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1337  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1338  * pageblocks.
1339  *
1340  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1341  *
1342  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1343  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1344  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1345  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1346  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1347  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1348  * page in a pageblock.
1349  */
1350 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1351                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1352 {
1353         struct page *start_page;
1354         struct page *end_page;
1355
1356         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1357         end_pfn--;
1358
1359         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1360                 return NULL;
1361
1362         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1363
1364         if (page_zone(start_page) != zone)
1365                 return NULL;
1366
1367         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1368
1369         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1370         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1371                 return NULL;
1372
1373         return start_page;
1374 }
1375
1376 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1377 {
1378         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1379         unsigned long block_end_pfn;
1380
1381         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1382         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1383                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1384                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1385
1386                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1387
1388                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1389                                              block_end_pfn, zone))
1390                         return;
1391         }
1392
1393         /* We confirm that there is no hole */
1394         zone->contiguous = true;
1395 }
1396
1397 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1398 {
1399         zone->contiguous = false;
1400 }
1401
1402 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1403 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1404                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1405 {
1406         int i;
1407
1408         if (!page)
1409                 return;
1410
1411         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1412         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1413             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1414                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1415                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1416                 return;
1417         }
1418
1419         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1420                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1421                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1422                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1423         }
1424 }
1425
1426 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1427 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1428 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1429
1430 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1431 {
1432         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1433                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1434 }
1435
1436 /* Initialise remaining memory on a node */
1437 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1438 {
1439         pg_data_t *pgdat = data;
1440         int nid = pgdat->node_id;
1441         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1442         unsigned long start = jiffies;
1443         unsigned long nr_pages = 0;
1444         unsigned long walk_start, walk_end;
1445         int i, zid;
1446         struct zone *zone;
1447         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1448         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1449
1450         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1451                 pgdat_init_report_one_done();
1452                 return 0;
1453         }
1454
1455         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1456         if (!cpumask_empty(cpumask))
1457                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1458
1459         /* Sanity check boundaries */
1460         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1461         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1462         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1463
1464         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1465         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1466                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1467                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1468                         break;
1469         }
1470
1471         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1472                 unsigned long pfn, end_pfn;
1473                 struct page *page = NULL;
1474                 struct page *free_base_page = NULL;
1475                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1476                 int nr_to_free = 0;
1477
1478                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1479                 pfn = first_init_pfn;
1480                 if (pfn < walk_start)
1481                         pfn = walk_start;
1482                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1483                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1484
1485                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1486                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1487                                 goto free_range;
1488
1489                         /*
1490                          * Ensure pfn_valid is checked every
1491                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1492                          */
1493                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1494                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1495                                         page = NULL;
1496                                         goto free_range;
1497                                 }
1498                         }
1499
1500                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1501                                 page = NULL;
1502                                 goto free_range;
1503                         }
1504
1505                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1506                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1507                                 page++;
1508                         } else {
1509                                 nr_pages += nr_to_free;
1510                                 deferred_free_range(free_base_page,
1511                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1512                                 free_base_page = NULL;
1513                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1514
1515                                 page = pfn_to_page(pfn);
1516                                 cond_resched();
1517                         }
1518
1519                         if (page->flags) {
1520                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1521                                 goto free_range;
1522                         }
1523
1524                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1525                         if (!free_base_page) {
1526                                 free_base_page = page;
1527                                 free_base_pfn = pfn;
1528                                 nr_to_free = 0;
1529                         }
1530                         nr_to_free++;
1531
1532                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1533                         continue;
1534 free_range:
1535                         /* Free the current block of pages to allocator */
1536                         nr_pages += nr_to_free;
1537                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1538                                                                 nr_to_free);
1539                         free_base_page = NULL;
1540                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1541                 }
1542                 /* Free the last block of pages to allocator */
1543                 nr_pages += nr_to_free;
1544                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1545
1546                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1547         }
1548
1549         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1550         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1551
1552         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1553                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1554
1555         pgdat_init_report_one_done();
1556         return 0;
1557 }
1558 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1559
1560 void __init page_alloc_init_late(void)
1561 {
1562         struct zone *zone;
1563
1564 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1565         int nid;
1566
1567         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1568         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1569         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1570                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1571         }
1572
1573         /* Block until all are initialised */
1574         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1575
1576         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1577         files_maxfiles_init();
1578 #endif
1579
1580         for_each_populated_zone(zone)
1581                 set_zone_contiguous(zone);
1582 }
1583
1584 #ifdef CONFIG_CMA
1585 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1586 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1587 {
1588         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1589         struct page *p = page;
1590
1591         do {
1592                 __ClearPageReserved(p);
1593                 set_page_count(p, 0);
1594         } while (++p, --i);
1595
1596         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1597
1598         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1599                 i = pageblock_nr_pages;
1600                 p = page;
1601                 do {
1602                         set_page_refcounted(p);
1603                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1604                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1605                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1606         } else {
1607                 set_page_refcounted(page);
1608                 __free_pages(page, pageblock_order);
1609         }
1610
1611         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1612 }
1613 #endif
1614
1615 /*
1616  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1617  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1618  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1619  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1620  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1621  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1622  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1623  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1624  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1625  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1626  *
1627  * -- nyc
1628  */
1629 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1630         int low, int high, struct free_area *area,
1631         int migratetype)
1632 {
1633         unsigned long size = 1 << high;
1634
1635         while (high > low) {
1636                 area--;
1637                 high--;
1638                 size >>= 1;
1639                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1640
1641                 /*
1642                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1643                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1644                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1645                  * pages will stay not present in virtual address space
1646                  */
1647                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1648                         continue;
1649
1650                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1651                 area->nr_free++;
1652                 set_page_order(&page[size], high);
1653         }
1654 }
1655
1656 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1657 {
1658         const char *bad_reason = NULL;
1659         unsigned long bad_flags = 0;
1660
1661         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1662                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1663         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1664                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1665         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1666                 bad_reason = "nonzero _count";
1667         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1668                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1669                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1670                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1671                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1672                 return;
1673         }
1674         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1675                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1676                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1677         }
1678 #ifdef CONFIG_MEMCG
1679         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1680                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1681 #endif
1682         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1683 }
1684
1685 /*
1686  * This page is about to be returned from the page allocator
1687  */
1688 static inline int check_new_page(struct page *page)
1689 {
1690         if (likely(page_expected_state(page,
1691                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1692                 return 0;
1693
1694         check_new_page_bad(page);
1695         return 1;
1696 }
1697
1698 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1699 {
1700         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1701                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1702 }
1703
1704 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1705 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1706 {
1707         return false;
1708 }
1709
1710 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 #else
1715 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1716 {
1717         return check_new_page(page);
1718 }
1719 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1720 {
1721         return false;
1722 }
1723 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1724
1725 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1726 {
1727         int i;
1728         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1729                 struct page *p = page + i;
1730
1731                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1732                         return true;
1733         }
1734
1735         return false;
1736 }
1737
1738 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1739                                 gfp_t gfp_flags)
1740 {
1741         set_page_private(page, 0);
1742         set_page_refcounted(page);
1743
1744         arch_alloc_page(page, order);
1745         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1746         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1747         kasan_alloc_pages(page, order);
1748         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1749 }
1750
1751 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1752                                                         unsigned int alloc_flags)
1753 {
1754         int i;
1755         bool poisoned = true;
1756
1757         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1758                 struct page *p = page + i;
1759                 if (poisoned)
1760                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1761         }
1762
1763         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1764
1765         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1766                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1767                         clear_highpage(page + i);
1768
1769         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1770                 prep_compound_page(page, order);
1771
1772         /*
1773          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1774          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1775          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1776          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1777          */
1778         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1779                 set_page_pfmemalloc(page);
1780         else
1781                 clear_page_pfmemalloc(page);
1782 }
1783
1784 /*
1785  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1786  * the smallest available page from the freelists
1787  */
1788 static inline
1789 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1790                                                 int migratetype)
1791 {
1792         unsigned int current_order;
1793         struct free_area *area;
1794         struct page *page;
1795
1796         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1797         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1798                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1799                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1800                                                         struct page, lru);
1801                 if (!page)
1802                         continue;
1803                 list_del(&page->lru);
1804                 rmv_page_order(page);
1805                 area->nr_free--;
1806                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1807                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1808                 return page;
1809         }
1810
1811         return NULL;
1812 }
1813
1814
1815 /*
1816  * This array describes the order lists are fallen back to when
1817  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1818  */
1819 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1820         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1821         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1822         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1823 #ifdef CONFIG_CMA
1824         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1825 #endif
1826 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1827         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1828 #endif
1829 };
1830
1831 #ifdef CONFIG_CMA
1832 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1833                                         unsigned int order)
1834 {
1835         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1836 }
1837 #else
1838 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1839                                         unsigned int order) { return NULL; }
1840 #endif
1841
1842 /*
1843  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1844  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1845  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1846  */
1847 int move_freepages(struct zone *zone,
1848                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1849                           int migratetype)
1850 {
1851         struct page *page;
1852         unsigned int order;
1853         int pages_moved = 0;
1854
1855 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1856         /*
1857          * page_zone is not safe to call in this context when
1858          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1859          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1860          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1861          * grouping pages by mobility
1862          */
1863         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1864 #endif
1865
1866         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1867                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1868                         page++;
1869                         continue;
1870                 }
1871
1872                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1873                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1874
1875                 if (!PageBuddy(page)) {
1876                         page++;
1877                         continue;
1878                 }
1879
1880                 order = page_order(page);
1881                 list_move(&page->lru,
1882                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1883                 page += 1 << order;
1884                 pages_moved += 1 << order;
1885         }
1886
1887         return pages_moved;
1888 }
1889
1890 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1891                                 int migratetype)
1892 {
1893         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1894         struct page *start_page, *end_page;
1895
1896         start_pfn = page_to_pfn(page);
1897         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1898         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1899         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1900         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1901
1902         /* Do not cross zone boundaries */
1903         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1904                 start_page = page;
1905         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1906                 return 0;
1907
1908         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1909 }
1910
1911 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1912                                         int start_order, int migratetype)
1913 {
1914         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1915
1916         while (nr_pageblocks--) {
1917                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1918                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1919         }
1920 }
1921
1922 /*
1923  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1924  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1925  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1926  *
1927  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1928  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1929  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1930  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1931  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1932  * pageblocks.
1933  */
1934 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1935 {
1936         /*
1937          * Leaving this order check is intended, although there is
1938          * relaxed order check in next check. The reason is that
1939          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1940          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1941          * so could be changed anytime.
1942          */
1943         if (order >= pageblock_order)
1944                 return true;
1945
1946         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1947                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1948                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1949                 page_group_by_mobility_disabled)
1950                 return true;
1951
1952         return false;
1953 }
1954
1955 /*
1956  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1957  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1958  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1959  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1960  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1961  */
1962 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1963                                                           int start_type)
1964 {
1965         unsigned int current_order = page_order(page);
1966         int pages;
1967
1968         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1969         if (current_order >= pageblock_order) {
1970                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1971                 return;
1972         }
1973
1974         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1975
1976         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1977         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1978                         page_group_by_mobility_disabled)
1979                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1980 }
1981
1982 /*
1983  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1984  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1985  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1986  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1987  */
1988 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1989                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1990 {
1991         int i;
1992         int fallback_mt;
1993
1994         if (area->nr_free == 0)
1995                 return -1;
1996
1997         *can_steal = false;
1998         for (i = 0;; i++) {
1999                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2000                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2001                         break;
2002
2003                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2004                         continue;
2005
2006                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2007                         *can_steal = true;
2008
2009                 if (!only_stealable)
2010                         return fallback_mt;
2011
2012                 if (*can_steal)
2013                         return fallback_mt;
2014         }
2015
2016         return -1;
2017 }
2018
2019 /*
2020  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2021  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2022  */
2023 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2024                                 unsigned int alloc_order)
2025 {
2026         int mt;
2027         unsigned long max_managed, flags;
2028
2029         /*
2030          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2031          * Check is race-prone but harmless.
2032          */
2033         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2034         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2035                 return;
2036
2037         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2038
2039         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2040         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2041                 goto out_unlock;
2042
2043         /* Yoink! */
2044         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2045         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2046                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2047                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2048                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2049                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2050         }
2051
2052 out_unlock:
2053         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2054 }
2055
2056 /*
2057  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2058  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2059  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2060  * to recover from than an OOM.
2061  *
2062  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2063  * pageblock is exhausted.
2064  */
2065 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2066                                                 bool force)
2067 {
2068         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2069         unsigned long flags;
2070         struct zoneref *z;
2071         struct zone *zone;
2072         struct page *page;
2073         int order;
2074         bool ret;
2075
2076         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2077                                                                 ac->nodemask) {
2078                 /*
2079                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2080                  * is really high.
2081                  */
2082                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2083                                         pageblock_nr_pages)
2084                         continue;
2085
2086                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2087                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2088                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2089
2090                         page = list_first_entry_or_null(
2091                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2092                                         struct page, lru);
2093                         if (!page)
2094                                 continue;
2095
2096                         /*
2097                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2098                          * we can counter several free pages in a pageblock
2099                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2100                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2101                          * adjust the count once.
2102                          */
2103                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
2104                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
2105                                 /*
2106                                  * It should never happen but changes to
2107                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2108                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2109                                  * while unreserving so be safe and watch for
2110                                  * underflows.
2111                                  */
2112                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2113                                                 pageblock_nr_pages,
2114                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2115                         }
2116
2117                         /*
2118                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2119                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2120                          * is doing the work and needs the pages. More
2121                          * importantly, if the block was always converted to
2122                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2123                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2124                          * may increase.
2125                          */
2126                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2127                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2128                         if (ret) {
2129                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2130                                 return ret;
2131                         }
2132                 }
2133                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2134         }
2135
2136         return false;
2137 }
2138
2139 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2140 static inline struct page *
2141 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2142 {
2143         struct free_area *area;
2144         unsigned int current_order;
2145         struct page *page;
2146         int fallback_mt;
2147         bool can_steal;
2148
2149         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2150         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2151                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2152                                 --current_order) {
2153                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2154                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2155                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2156                 if (fallback_mt == -1)
2157                         continue;
2158
2159                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2160                                                 struct page, lru);
2161                 if (can_steal &&
2162                         get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2163                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2164
2165                 /* Remove the page from the freelists */
2166                 area->nr_free--;
2167                 list_del(&page->lru);
2168                 rmv_page_order(page);
2169
2170                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2171                                         start_migratetype);
2172                 /*
2173                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2174                  * migratetype depending on the decisions in
2175                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2176                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2177                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2178                  */
2179                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2180
2181                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2182                         start_migratetype, fallback_mt);
2183
2184                 return page;
2185         }
2186
2187         return NULL;
2188 }
2189
2190 /*
2191  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2192  * Call me with the zone->lock already held.
2193  */
2194 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2195                                 int migratetype)
2196 {
2197         struct page *page;
2198
2199         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2200         if (unlikely(!page)) {
2201                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2202                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2203
2204                 if (!page)
2205                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2206         }
2207
2208         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2209         return page;
2210 }
2211
2212 /*
2213  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2214  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2215  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2216  */
2217 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2218                         unsigned long count, struct list_head *list,
2219                         int migratetype, bool cold)
2220 {
2221         int i, alloced = 0;
2222         unsigned long flags;
2223
2224         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2225         for (i = 0; i < count; ++i) {
2226                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2227                 if (unlikely(page == NULL))
2228                         break;
2229
2230                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2231                         continue;
2232
2233                 /*
2234                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2235                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2236                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2237                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2238                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2239                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2240                  * properly.
2241                  */
2242                 if (likely(!cold))
2243                         list_add(&page->lru, list);
2244                 else
2245                         list_add_tail(&page->lru, list);
2246                 list = &page->lru;
2247                 alloced++;
2248                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2249                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2250                                               -(1 << order));
2251         }
2252
2253         /*
2254          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2255          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2256          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2257          * pages added to the pcp list.
2258          */
2259         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2260         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2261         return alloced;
2262 }
2263
2264 #ifdef CONFIG_NUMA
2265 /*
2266  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2267  * currently executing processor on remote nodes after they have
2268  * expired.
2269  *
2270  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2271  * a single processor.
2272  */
2273 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2274 {
2275         unsigned long flags;
2276         int to_drain, batch;
2277
2278         local_irq_save(flags);
2279         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2280         to_drain = min(pcp->count, batch);
2281         if (to_drain > 0) {
2282                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2283                 pcp->count -= to_drain;
2284         }
2285         local_irq_restore(flags);
2286 }
2287 #endif
2288
2289 /*
2290  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2291  *
2292  * The processor must either be the current processor and the
2293  * thread pinned to the current processor or a processor that
2294  * is not online.
2295  */
2296 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2297 {
2298         unsigned long flags;
2299         struct per_cpu_pageset *pset;
2300         struct per_cpu_pages *pcp;
2301
2302         local_irq_save(flags);
2303         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2304
2305         pcp = &pset->pcp;
2306         if (pcp->count) {
2307                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2308                 pcp->count = 0;
2309         }
2310         local_irq_restore(flags);
2311 }
2312
2313 /*
2314  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2315  *
2316  * The processor must either be the current processor and the
2317  * thread pinned to the current processor or a processor that
2318  * is not online.
2319  */
2320 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2321 {
2322         struct zone *zone;
2323
2324         for_each_populated_zone(zone) {
2325                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2326         }
2327 }
2328
2329 /*
2330  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2331  *
2332  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2333  * the single zone's pages.
2334  */
2335 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2336 {
2337         int cpu = smp_processor_id();
2338
2339         if (zone)
2340                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2341         else
2342                 drain_pages(cpu);
2343 }
2344
2345 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2346 {
2347         /*
2348          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2349          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2350          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2351          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2352          * a different one.
2353          */
2354         preempt_disable();
2355         drain_local_pages(NULL);
2356         preempt_enable();
2357 }
2358
2359 /*
2360  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2361  *
2362  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2363  *
2364  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2365  */
2366 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2367 {
2368         int cpu;
2369
2370         /*
2371          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2372          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2373          */
2374         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2375
2376         /*
2377          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2378          * initialized.
2379          */
2380         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2381                 return;
2382
2383         /* Workqueues cannot recurse */
2384         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2385                 return;
2386
2387         /*
2388          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2389          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2390          * the drain to be complete when the call returns.
2391          */
2392         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2393                 if (!zone)
2394                         return;
2395                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2396         }
2397
2398         /*
2399          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2400          * as offline notification will cause the notified
2401          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2402          * disables preemption as part of its processing
2403          */
2404         for_each_online_cpu(cpu) {
2405                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2406                 struct zone *z;
2407                 bool has_pcps = false;
2408
2409                 if (zone) {
2410                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2411                         if (pcp->pcp.count)
2412                                 has_pcps = true;
2413                 } else {
2414                         for_each_populated_zone(z) {
2415                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2416                                 if (pcp->pcp.count) {
2417                                         has_pcps = true;
2418                                         break;
2419                                 }
2420                         }
2421                 }
2422
2423                 if (has_pcps)
2424                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2425                 else
2426                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2427         }
2428
2429         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2430                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2431                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2432                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2433         }
2434         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2435                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2436
2437         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2438 }
2439
2440 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2441
2442 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2443 {
2444         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2445         unsigned long flags;
2446         unsigned int order, t;
2447         struct page *page;
2448
2449         if (zone_is_empty(zone))
2450                 return;
2451
2452         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2453
2454         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2455         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2456                 if (pfn_valid(pfn)) {
2457                         page = pfn_to_page(pfn);
2458
2459                         if (page_zone(page) != zone)
2460                                 continue;
2461
2462                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2463                                 swsusp_unset_page_free(page);
2464                 }
2465
2466         for_each_migratetype_order(order, t) {
2467                 list_for_each_entry(page,
2468                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2469                         unsigned long i;
2470
2471                         pfn = page_to_pfn(page);
2472                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2473                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2474                 }
2475         }
2476         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2477 }
2478 #endif /* CONFIG_PM */
2479
2480 /*
2481  * Free a 0-order page
2482  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2483  */
2484 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2485 {
2486         struct zone *zone = page_zone(page);
2487         struct per_cpu_pages *pcp;
2488         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2489         int migratetype;
2490
2491         if (in_interrupt()) {
2492                 __free_pages_ok(page, 0);
2493                 return;
2494         }
2495
2496         if (!free_pcp_prepare(page))
2497                 return;
2498
2499         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2500         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2501         preempt_disable();
2502
2503         /*
2504          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2505          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2506          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2507          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2508          * excessively into the page allocator
2509          */
2510         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2511                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2512                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2513                         goto out;
2514                 }
2515                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2516         }
2517
2518         __count_vm_event(PGFREE);
2519         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2520         if (!cold)
2521                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2522         else
2523                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2524         pcp->count++;
2525         if (pcp->count >= pcp->high) {
2526                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2527                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2528                 pcp->count -= batch;
2529         }
2530
2531 out:
2532         preempt_enable();
2533 }
2534
2535 /*
2536  * Free a list of 0-order pages
2537  */
2538 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2539 {
2540         struct page *page, *next;
2541
2542         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2543                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2544                 free_hot_cold_page(page, cold);
2545         }
2546 }
2547
2548 /*
2549  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2550  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2551  * Each sub-page must be freed individually.
2552  *
2553  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2554  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2555  */
2556 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2557 {
2558         int i;
2559
2560         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2561         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2562
2563 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2564         /*
2565          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2566          * otherwise free the whole shadow.
2567          */
2568         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2569                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2570 #endif
2571
2572         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2573                 set_page_refcounted(page + i);
2574         split_page_owner(page, order);
2575 }
2576 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2577
2578 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2579 {
2580         unsigned long watermark;
2581         struct zone *zone;
2582         int mt;
2583
2584         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2585
2586         zone = page_zone(page);
2587         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2588
2589         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2590                 /*
2591                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2592                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2593                  * watermark, because we already know our high-order page
2594                  * exists.
2595                  */
2596                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2597                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2598                         return 0;
2599
2600                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2601         }
2602
2603         /* Remove page from free list */
2604         list_del(&page->lru);
2605         zone->free_area[order].nr_free--;
2606         rmv_page_order(page);
2607
2608         /*
2609          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2610          * pageblock
2611          */
2612         if (order >= pageblock_order - 1) {
2613                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2614                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2615                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2616                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2617                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2618                                 set_pageblock_migratetype(page,
2619                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2620                 }
2621         }
2622
2623
2624         return 1UL << order;
2625 }
2626
2627 /*
2628  * Update NUMA hit/miss statistics
2629  *
2630  * Must be called with interrupts disabled.
2631  */
2632 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2633 {
2634 #ifdef CONFIG_NUMA
2635         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2636
2637         if (z->node != numa_node_id())
2638                 local_stat = NUMA_OTHER;
2639
2640         if (z->node == preferred_zone->node)
2641                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2642         else {
2643                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2644                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2645         }
2646         __inc_zone_state(z, local_stat);
2647 #endif
2648 }
2649
2650 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2651 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2652                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2653                         struct list_head *list)
2654 {
2655         struct page *page;
2656
2657         VM_BUG_ON(in_interrupt());
2658
2659         do {
2660                 if (list_empty(list)) {
2661                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2662                                         pcp->batch, list,
2663                                         migratetype, cold);
2664                         if (unlikely(list_empty(list)))
2665                                 return NULL;
2666                 }
2667
2668                 if (cold)
2669                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2670                 else
2671                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2672
2673                 list_del(&page->lru);
2674                 pcp->count--;
2675         } while (check_new_pcp(page));
2676
2677         return page;
2678 }
2679
2680 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2681 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2682                         struct zone *zone, unsigned int order,
2683                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2684 {
2685         struct per_cpu_pages *pcp;
2686         struct list_head *list;
2687         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2688         struct page *page;
2689
2690         preempt_disable();
2691         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2692         list = &pcp->lists[migratetype];
2693         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2694         if (page) {
2695                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2696                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2697         }
2698         preempt_enable();
2699         return page;
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2704  */
2705 static inline
2706 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2707                         struct zone *zone, unsigned int order,
2708                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2709                         int migratetype)
2710 {
2711         unsigned long flags;
2712         struct page *page;
2713
2714         if (likely(order == 0) && !in_interrupt()) {
2715                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2716                                 gfp_flags, migratetype);
2717                 goto out;
2718         }
2719
2720         /*
2721          * We most definitely don't want callers attempting to
2722          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2723          */
2724         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2725         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2726
2727         do {
2728                 page = NULL;
2729                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2730                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2731                         if (page)
2732                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2733                 }
2734                 if (!page)
2735                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2736         } while (page && check_new_pages(page, order));
2737         spin_unlock(&zone->lock);
2738         if (!page)
2739                 goto failed;
2740         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2741                                   get_pcppage_migratetype(page));
2742
2743         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2744         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2745         local_irq_restore(flags);
2746
2747 out:
2748         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2749         return page;
2750
2751 failed:
2752         local_irq_restore(flags);
2753         return NULL;
2754 }
2755
2756 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2757
2758 static struct {
2759         struct fault_attr attr;
2760
2761         bool ignore_gfp_highmem;
2762         bool ignore_gfp_reclaim;
2763         u32 min_order;
2764 } fail_page_alloc = {
2765         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2766         .ignore_gfp_reclaim = true,
2767         .ignore_gfp_highmem = true,
2768         .min_order = 1,
2769 };
2770
2771 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2772 {
2773         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2774 }
2775 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2776
2777 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2778 {
2779         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2780                 return false;
2781         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2782                 return false;
2783         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2784                 return false;
2785         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2786                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2787                 return false;
2788
2789         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2790 }
2791
2792 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2793
2794 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2795 {
2796         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2797         struct dentry *dir;
2798
2799         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2800                                         &fail_page_alloc.attr);
2801         if (IS_ERR(dir))
2802                 return PTR_ERR(dir);
2803
2804         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2805                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2806                 goto fail;
2807         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2808                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2809                 goto fail;
2810         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2811                                 &fail_page_alloc.min_order))
2812                 goto fail;
2813
2814         return 0;
2815 fail:
2816         debugfs_remove_recursive(dir);
2817
2818         return -ENOMEM;
2819 }
2820
2821 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2822
2823 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2824
2825 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2826
2827 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2828 {
2829         return false;
2830 }
2831
2832 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2833
2834 /*
2835  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2836  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2837  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2838  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2839  */
2840 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2841                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2842                          long free_pages)
2843 {
2844         long min = mark;
2845         int o;
2846         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2847
2848         /* free_pages may go negative - that's OK */
2849         free_pages -= (1 << order) - 1;
2850
2851         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2852                 min -= min / 2;
2853
2854         /*
2855          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2856          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2857          * atomic reserve but it avoids a search.
2858          */
2859         if (likely(!alloc_harder))
2860                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2861         else
2862                 min -= min / 4;
2863
2864 #ifdef CONFIG_CMA
2865         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2866         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2867                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2868 #endif
2869
2870         /*
2871          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2872          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2873          * even if a suitable page happened to be free.
2874          */
2875         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2876                 return false;
2877
2878         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2879         if (!order)
2880                 return true;
2881
2882         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2883         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2884                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2885                 int mt;
2886
2887                 if (!area->nr_free)
2888                         continue;
2889
2890                 if (alloc_harder)
2891                         return true;
2892
2893                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2894                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2895                                 return true;
2896                 }
2897
2898 #ifdef CONFIG_CMA
2899                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2900                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2901                         return true;
2902                 }
2903 #endif
2904         }
2905         return false;
2906 }
2907
2908 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2909                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2910 {
2911         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2912                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2913 }
2914
2915 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2916                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2917 {
2918         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2919         long cma_pages = 0;
2920
2921 #ifdef CONFIG_CMA
2922         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2923         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2924                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2925 #endif
2926
2927         /*
2928          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2929          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2930          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2931          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2932          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2933          */
2934         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2935                 return true;
2936
2937         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2938                                         free_pages);
2939 }
2940
2941 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2942                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2943 {
2944         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2945
2946         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2947                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2948
2949         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2950                                                                 free_pages);
2951 }
2952
2953 #ifdef CONFIG_NUMA
2954 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2955 {
2956         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2957                                 RECLAIM_DISTANCE;
2958 }
2959 #else   /* CONFIG_NUMA */
2960 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2961 {
2962         return true;
2963 }
2964 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2965
2966 /*
2967  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2968  * a page.
2969  */
2970 static struct page *
2971 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2972                                                 const struct alloc_context *ac)
2973 {
2974         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2975         struct zone *zone;
2976         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2977
2978         /*
2979          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2980          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2981          */
2982         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2983                                                                 ac->nodemask) {
2984                 struct page *page;
2985                 unsigned long mark;
2986
2987                 if (cpusets_enabled() &&
2988                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2989                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2990                                 continue;
2991                 /*
2992                  * When allocating a page cache page for writing, we
2993                  * want to get it from a node that is within its dirty
2994                  * limit, such that no single node holds more than its
2995                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2996                  * The dirty limits take into account the node's
2997                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2998                  * should be able to balance it without having to
2999                  * write pages from its LRU list.
3000                  *
3001                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3002                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3003                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3004                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3005                  * nodes are together not big enough to reach the
3006                  * global limit.  The proper fix for these situations
3007                  * will require awareness of nodes in the
3008                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3009                  */
3010                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3011                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3012                                 continue;
3013
3014                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3015                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3016                                 continue;
3017                         }
3018                 }
3019
3020                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3021                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3022                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3023                         int ret;
3024
3025                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3026                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3027                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3028                                 goto try_this_zone;
3029
3030                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3031                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3032                                 continue;
3033
3034                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3035                         switch (ret) {
3036                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3037                                 /* did not scan */
3038                                 continue;
3039                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3040                                 /* scanned but unreclaimable */
3041                                 continue;
3042                         default:
3043                                 /* did we reclaim enough */
3044                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3045                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3046                                         goto try_this_zone;
3047
3048                                 continue;
3049                         }
3050                 }
3051
3052 try_this_zone:
3053                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3054                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3055                 if (page) {
3056                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3057
3058                         /*
3059                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3060                          * if the pageblock should be reserved for the future
3061                          */
3062                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3063                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3064
3065                         return page;
3066                 }
3067         }
3068
3069         return NULL;
3070 }
3071
3072 /*
3073  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3074  * meminfo in irq context.
3075  */
3076 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3077 {
3078         bool ret = false;
3079
3080 #if NODES_SHIFT > 8
3081         ret = in_interrupt();
3082 #endif
3083         return ret;
3084 }
3085
3086 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3087 {
3088         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3089         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3090
3091         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3092                 return;
3093
3094         /*
3095          * This documents exceptions given to allocations in certain
3096          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3097          * of allowed nodes.
3098          */
3099         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3100                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3101                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3102                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3103         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3104                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3105
3106         show_mem(filter, nodemask);
3107 }
3108
3109 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3110 {
3111         struct va_format vaf;
3112         va_list args;
3113         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3114                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3115
3116         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3117             debug_guardpage_minorder() > 0)
3118                 return;
3119
3120         pr_warn("%s: ", current->comm);
3121
3122         va_start(args, fmt);
3123         vaf.fmt = fmt;
3124         vaf.va = &args;
3125         pr_cont("%pV", &vaf);
3126         va_end(args);
3127
3128         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3129         if (nodemask)
3130                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3131         else
3132                 pr_cont("(null)\n");
3133
3134         cpuset_print_current_mems_allowed();
3135
3136         dump_stack();
3137         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3138 }
3139
3140 static inline struct page *
3141 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3142                               unsigned int alloc_flags,
3143                               const struct alloc_context *ac)
3144 {
3145         struct page *page;
3146
3147         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3148                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3149         /*
3150          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3151          * are depleted
3152          */
3153         if (!page)
3154                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3155                                 alloc_flags, ac);
3156
3157         return page;
3158 }
3159
3160 static inline struct page *
3161 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3162         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3163 {
3164         struct oom_control oc = {
3165                 .zonelist = ac->zonelist,
3166                 .nodemask = ac->nodemask,
3167                 .memcg = NULL,
3168                 .gfp_mask = gfp_mask,
3169                 .order = order,
3170         };
3171         struct page *page;
3172
3173         *did_some_progress = 0;
3174
3175         /*
3176          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3177          * making progress for us.
3178          */
3179         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3180                 *did_some_progress = 1;
3181                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3182                 return NULL;
3183         }
3184
3185         /*
3186          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3187          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3188          * we're still under heavy pressure.
3189          */
3190         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3191                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3192         if (page)
3193                 goto out;
3194
3195         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3196         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3197                 goto out;
3198         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3199         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3200                 goto out;
3201         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3202         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3203                 goto out;
3204         if (pm_suspended_storage())
3205                 goto out;
3206         /*
3207          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3208          * other request to make a forward progress.
3209          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3210          * do much for this context but let's try it to at least get
3211          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3212          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3213          * failures more gracefully we should just bail out here.
3214          */
3215
3216         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3217         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3218                 goto out;
3219
3220         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3221         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3222                 *did_some_progress = 1;
3223
3224                 /*
3225                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3226                  * reserves
3227                  */
3228                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3229                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3230                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3231         }
3232 out:
3233         mutex_unlock(&oom_lock);
3234         return page;
3235 }
3236
3237 /*
3238  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3239  * killer is consider as the only way to move forward.
3240  */
3241 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3242
3243 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3244 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3245 static struct page *
3246 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3247                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3248                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3249 {
3250         struct page *page;
3251
3252         if (!order)
3253                 return NULL;
3254
3255         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3256         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3257                                                                         prio);
3258         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3259
3260         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3261                 return NULL;
3262
3263         /*
3264          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3265          * count a compaction stall
3266          */
3267         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3268
3269         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3270
3271         if (page) {
3272                 struct zone *zone = page_zone(page);
3273
3274                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3275                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3276                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3277                 return page;
3278         }
3279
3280         /*
3281          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3282          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3283          */
3284         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3285
3286         cond_resched();
3287
3288         return NULL;
3289 }
3290
3291 static inline bool
3292 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3293                      enum compact_result compact_result,
3294                      enum compact_priority *compact_priority,
3295                      int *compaction_retries)
3296 {
3297         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3298         int min_priority;
3299         bool ret = false;
3300         int retries = *compaction_retries;
3301         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3302
3303         if (!order)
3304                 return false;
3305
3306         if (compaction_made_progress(compact_result))
3307                 (*compaction_retries)++;
3308
3309         /*
3310          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3311          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3312          * failure could be caused by insufficient priority
3313          */
3314         if (compaction_failed(compact_result))
3315                 goto check_priority;
3316
3317         /*
3318          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3319          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3320          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3321          * compaction.
3322          */
3323         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3324                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3325                 goto out;
3326         }
3327
3328         /*
3329          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3330          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3331          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3332          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3333          * would need much more detailed feedback from compaction to
3334          * make a better decision.
3335          */
3336         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3337                 max_retries /= 4;
3338         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3339                 ret = true;
3340                 goto out;
3341         }
3342
3343         /*
3344          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3345          * all retries or failed at the lower priorities.
3346          */
3347 check_priority:
3348         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3349                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3350
3351         if (*compact_priority > min_priority) {
3352                 (*compact_priority)--;
3353                 *compaction_retries = 0;
3354                 ret = true;
3355         }
3356 out:
3357         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3358         return ret;
3359 }
3360 #else
3361 static inline struct page *
3362 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3363                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3364                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3365 {
3366         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3367         return NULL;
3368 }
3369
3370 static inline bool
3371 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3372                      enum compact_result compact_result,
3373                      enum compact_priority *compact_priority,
3374                      int *compaction_retries)
3375 {
3376         struct zone *zone;
3377         struct zoneref *z;
3378
3379         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3380                 return false;
3381
3382         /*
3383          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3384          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3385          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3386          * watermarks are OK.
3387          */
3388         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3389                                         ac->nodemask) {
3390                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3391                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3392                         return true;
3393         }
3394         return false;
3395 }
3396 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3397
3398 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3399 static int
3400 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3401                                         const struct alloc_context *ac)
3402 {
3403         struct reclaim_state reclaim_state;
3404         int progress;
3405
3406         cond_resched();
3407
3408         /* We now go into synchronous reclaim */
3409         cpuset_memory_pressure_bump();
3410         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3411         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3412         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3413         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3414
3415         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3416                                                                 ac->nodemask);
3417
3418         current->reclaim_state = NULL;
3419         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3420         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3421
3422         cond_resched();
3423
3424         return progress;
3425 }
3426
3427 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3428 static inline struct page *
3429 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3430                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3431                 unsigned long *did_some_progress)
3432 {
3433         struct page *page = NULL;
3434         bool drained = false;
3435
3436         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3437         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3438                 return NULL;
3439
3440 retry:
3441         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3442
3443         /*
3444          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3445          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3446          * Shrink them them and try again
3447          */
3448         if (!page && !drained) {
3449                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3450                 drain_all_pages(NULL);
3451                 drained = true;
3452                 goto retry;
3453         }
3454
3455         return page;
3456 }
3457
3458 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3459 {
3460         struct zoneref *z;
3461         struct zone *zone;
3462         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3463
3464         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3465                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3466                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3467                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3468                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3469         }
3470 }
3471
3472 static inline unsigned int
3473 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3474 {
3475         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3476
3477         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3478         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3479
3480         /*
3481          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3482          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3483          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3484          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3485          */
3486         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3487
3488         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3489                 /*
3490                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3491                  * if it can't schedule.
3492                  */
3493                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3494                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3495                 /*
3496                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3497                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3498                  */
3499                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3500         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3501                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3502
3503 #ifdef CONFIG_CMA
3504         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3505                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3506 #endif
3507         return alloc_flags;
3508 }
3509
3510 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3511 {
3512         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3513                 return false;
3514
3515         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3516                 return true;
3517         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3518                 return true;
3519         if (!in_interrupt() &&
3520                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3521                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3522                 return true;
3523
3524         return false;
3525 }
3526
3527 /*
3528  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3529  * is consider as the only way to move forward.
3530  */
3531 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3532
3533 /*
3534  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3535  * for the given allocation request.
3536  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3537  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3538  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3539  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3540  * no_progress_loops).
3541  *
3542  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3543  */
3544 static inline bool
3545 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3546                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3547                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3548 {
3549         struct zone *zone;
3550         struct zoneref *z;
3551
3552         /*
3553          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3554          * their order will become available due to high fragmentation so
3555          * always increment the no progress counter for them
3556          */
3557         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3558                 *no_progress_loops = 0;
3559         else
3560                 (*no_progress_loops)++;
3561
3562         /*
3563          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3564          * several times in the row.
3565          */
3566         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3567                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3568                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3569         }
3570
3571         /*
3572          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3573          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3574          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3575          * screwed and have to go OOM.
3576          */
3577         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3578                                         ac->nodemask) {
3579                 unsigned long available;
3580                 unsigned long reclaimable;
3581                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3582                 bool wmark;
3583
3584                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3585                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3586                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3587                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3588
3589                 /*
3590                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3591                  * available?
3592                  */
3593                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3594                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3595                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3596                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3597                 if (wmark) {
3598                         /*
3599                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3600                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3601                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3602                          * prevent from pre mature OOM
3603                          */
3604                         if (!did_some_progress) {
3605                                 unsigned long write_pending;
3606
3607                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3608                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3609
3610                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3611                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3612                                         return true;
3613                                 }
3614                         }
3615
3616                         /*
3617                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3618                          * context and the current implementation of the WQ
3619                          * concurrency control doesn't recognize that
3620                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3621                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3622                          * do a short sleep here rather than calling
3623                          * cond_resched().
3624                          */
3625                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3626                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3627                         else
3628                                 cond_resched();
3629
3630                         return true;
3631                 }
3632         }
3633
3634         return false;
3635 }
3636
3637 static inline struct page *
3638 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3639                                                 struct alloc_context *ac)
3640 {
3641         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3642         struct page *page = NULL;
3643         unsigned int alloc_flags;
3644         unsigned long did_some_progress;
3645         enum compact_priority compact_priority;
3646         enum compact_result compact_result;
3647         int compaction_retries;
3648         int no_progress_loops;
3649         unsigned long alloc_start = jiffies;
3650         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3651         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3652
3653         /*
3654          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3655          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3656          * be using allocators in order of preference for an area that is
3657          * too large.
3658          */
3659         if (order >= MAX_ORDER) {
3660                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3661                 return NULL;
3662         }
3663
3664         /*
3665          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3666          * callers that are not in atomic context.
3667          */
3668         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3669                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3670                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3671
3672 retry_cpuset:
3673         compaction_retries = 0;
3674         no_progress_loops = 0;
3675         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3676         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3677
3678         /*
3679          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3680          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3681          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3682          */
3683         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3684
3685         /*
3686          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3687          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3688          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3689          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3690          */
3691         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3692                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3693         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3694                 goto nopage;
3695
3696         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3697                 wake_all_kswapds(order, ac);
3698
3699         /*
3700          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3701          * that first
3702          */
3703         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3704         if (page)
3705                 goto got_pg;
3706
3707         /*
3708          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3709          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3710          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3711          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3712          */
3713         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3714                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3715                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3716                                                 alloc_flags, ac,
3717                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3718                                                 &compact_result);
3719                 if (page)
3720                         goto got_pg;
3721
3722                 /*
3723                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3724                  * includes THP page fault allocations
3725                  */
3726                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3727                         /*
3728                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3729                          * it is because sync compaction recently failed. If
3730                          * this is the case and the caller requested a THP
3731                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3732                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3733                          * direct reclaim.
3734                          */
3735                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3736                                 goto nopage;
3737
3738                         /*
3739                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3740                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3741                          * using async compaction.
3742                          */
3743                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3744                 }
3745         }
3746
3747 retry:
3748         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3749         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3750                 wake_all_kswapds(order, ac);
3751
3752         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3753                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3754
3755         /*
3756          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3757          * These allocations are high priority and system rather than user
3758          * orientated.
3759          */
3760         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3761                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3762                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3763                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3764         }
3765
3766         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3767         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3768         if (page)
3769                 goto got_pg;
3770
3771         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3772         if (!can_direct_reclaim)
3773                 goto nopage;
3774
3775         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3776         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3777                 warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3778                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3779                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3780                 stall_timeout += 10 * HZ;
3781         }
3782
3783         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3784         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3785                 goto nopage;
3786
3787         /* Try direct reclaim and then allocating */
3788         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3789                                                         &did_some_progress);
3790         if (page)
3791                 goto got_pg;
3792
3793         /* Try direct compaction and then allocating */
3794         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3795                                         compact_priority, &compact_result);
3796         if (page)
3797                 goto got_pg;
3798
3799         /* Do not loop if specifically requested */
3800         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3801                 goto nopage;
3802
3803         /*
3804          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3805          * __GFP_REPEAT
3806          */
3807         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3808                 goto nopage;
3809
3810         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3811                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3812                 goto retry;
3813
3814         /*
3815          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3816          * reclaim is not able to make any progress because the current
3817          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3818          * of free memory (see __compaction_suitable)
3819          */
3820         if (did_some_progress > 0 &&
3821                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3822                                 compact_result, &compact_priority,
3823                                 &compaction_retries))
3824                 goto retry;
3825
3826         /*
3827          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3828          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3829          */
3830         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3831                 goto retry_cpuset;
3832
3833         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3834         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3835         if (page)
3836                 goto got_pg;
3837
3838         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3839         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3840                 goto nopage;
3841
3842         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3843         if (did_some_progress) {
3844                 no_progress_loops = 0;
3845                 goto retry;
3846         }
3847
3848 nopage:
3849         /*
3850          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3851          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3852          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3853          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3854          * retry.
3855          */
3856         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3857                 goto retry_cpuset;
3858
3859         /*
3860          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3861          * we always retry
3862          */
3863         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3864                 /*
3865                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3866                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3867                  */
3868                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3869                         goto fail;
3870
3871                 /*
3872                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3873                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3874                  * for somebody to do a work for us
3875                  */
3876                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3877
3878                 /*
3879                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3880                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3881                  * so that we can identify them and convert them to something
3882                  * else.
3883                  */
3884                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3885
3886                 /*
3887                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3888                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3889                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3890                  * the situation worse
3891                  */
3892                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3893                 if (page)
3894                         goto got_pg;
3895
3896                 cond_resched();
3897                 goto retry;
3898         }
3899 fail:
3900         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3901                         "page allocation failure: order:%u", order);
3902 got_pg:
3903         return page;
3904 }
3905
3906 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3907                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3908                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3909                 unsigned int *alloc_flags)
3910 {
3911         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3912         ac->zonelist = zonelist;
3913         ac->nodemask = nodemask;
3914         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3915
3916         if (cpusets_enabled()) {
3917                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3918                 if (!ac->nodemask)
3919                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3920                 else
3921                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3922         }
3923
3924         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3925
3926         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3927
3928         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3929                 return false;
3930
3931         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3932                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3933
3934         return true;
3935 }
3936
3937 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3938 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3939                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3940 {
3941         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3942         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3943
3944         /*
3945          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3946          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3947          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3948          */
3949         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3950                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3951 }
3952
3953 /*
3954  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3955  */
3956 struct page *
3957 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3958                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3959 {
3960         struct page *page;
3961         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3962         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3963         struct alloc_context ac = { };
3964
3965         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3966         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3967                 return NULL;
3968
3969         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3970
3971         /* First allocation attempt */
3972         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3973         if (likely(page))
3974                 goto out;
3975
3976         /*
3977          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3978          * because I/O on the device might not complete.
3979          */
3980         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3981         ac.spread_dirty_pages = false;
3982
3983         /*
3984          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3985          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3986          */
3987         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3988                 ac.nodemask = nodemask;
3989
3990         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3991
3992 out:
3993         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3994             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3995                 __free_pages(page, order);
3996                 page = NULL;
3997         }
3998
3999         if (kmemcheck_enabled && page)
4000                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
4001
4002         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4003
4004         return page;
4005 }
4006 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4007
4008 /*
4009  * Common helper functions.
4010  */
4011 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4012 {
4013         struct page *page;
4014
4015         /*
4016          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4017          * a highmem page
4018          */
4019         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4020
4021         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4022         if (!page)
4023                 return 0;
4024         return (unsigned long) page_address(page);
4025 }
4026 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4027
4028 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4029 {
4030         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4031 }
4032 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4033
4034 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4035 {
4036         if (put_page_testzero(page)) {
4037                 if (order == 0)
4038                         free_hot_cold_page(page, false);
4039                 else
4040                         __free_pages_ok(page, order);
4041         }
4042 }
4043
4044 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4045
4046 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4047 {
4048         if (addr != 0) {
4049                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4050                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4051         }
4052 }
4053
4054 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4055
4056 /*
4057  * Page Fragment:
4058  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4059  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4060  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4061  *
4062  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4063  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4064  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4065  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4066  */
4067 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4068                                              gfp_t gfp_mask)
4069 {
4070         struct page *page = NULL;
4071         gfp_t gfp = gfp_mask;
4072
4073 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4074         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4075                     __GFP_NOMEMALLOC;
4076         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4077                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4078         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4079 #endif
4080         if (unlikely(!page))
4081                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4082
4083         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4084
4085         return page;
4086 }
4087
4088 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4089 {
4090         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4091
4092         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4093                 unsigned int order = compound_order(page);
4094
4095                 if (order == 0)
4096                         free_hot_cold_page(page, false);
4097                 else
4098                         __free_pages_ok(page, order);
4099         }
4100 }
4101 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4102
4103 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4104                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4105 {
4106         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4107         struct page *page;
4108         int offset;
4109
4110         if (unlikely(!nc->va)) {
4111 refill:
4112                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4113                 if (!page)
4114                         return NULL;
4115
4116 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4117                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4118                 size = nc->size;
4119 #endif
4120                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4121                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4122                  */
4123                 page_ref_add(page, size - 1);
4124
4125                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4126                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4127                 nc->pagecnt_bias = size;
4128                 nc->offset = size;
4129         }
4130
4131         offset = nc->offset - fragsz;
4132         if (unlikely(offset < 0)) {
4133                 page = virt_to_page(nc->va);
4134
4135                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4136                         goto refill;
4137
4138 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4139                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4140                 size = nc->size;
4141 #endif
4142                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4143                 set_page_count(page, size);
4144
4145                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4146                 nc->pagecnt_bias = size;
4147                 offset = size - fragsz;
4148         }
4149
4150         nc->pagecnt_bias--;
4151         nc->offset = offset;
4152
4153         return nc->va + offset;
4154 }
4155 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4156
4157 /*
4158  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4159  */
4160 void page_frag_free(void *addr)
4161 {
4162         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4163
4164         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4165                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4166 }
4167 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4168
4169 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4170                 size_t size)
4171 {
4172         if (addr) {
4173                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4174                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4175
4176                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4177                 while (used < alloc_end) {
4178                         free_page(used);
4179                         used += PAGE_SIZE;
4180                 }
4181         }
4182         return (void *)addr;
4183 }
4184
4185 /**
4186  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4187  * @size: the number of bytes to allocate
4188  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4189  *
4190  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4191  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4192  * allocate memory in power-of-two pages.
4193  *
4194  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4195  *
4196  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4197  */
4198 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4199 {
4200         unsigned int order = get_order(size);
4201         unsigned long addr;
4202
4203         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4204         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4205 }
4206 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4207
4208 /**
4209  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4210  *                         pages on a node.
4211  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4212  * @size: the number of bytes to allocate
4213  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4214  *
4215  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4216  * back.
4217  */
4218 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4219 {
4220         unsigned int order = get_order(size);
4221         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4222         if (!p)
4223                 return NULL;
4224         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4225 }
4226
4227 /**
4228  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4229  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4230  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4231  *
4232  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4233  */
4234 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4235 {
4236         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4237         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4238
4239         while (addr < end) {
4240                 free_page(addr);
4241                 addr += PAGE_SIZE;
4242         }
4243 }
4244 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4245
4246 /**
4247  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4248  * @offset: The zone index of the highest zone
4249  *
4250  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4251  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4252  * zone, the number of pages is calculated as:
4253  *     managed_pages - high_pages
4254  */
4255 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4256 {
4257         struct zoneref *z;
4258         struct zone *zone;
4259
4260         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4261         unsigned long sum = 0;
4262
4263         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4264
4265         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4266                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4267                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4268                 if (size > high)
4269                         sum += size - high;
4270         }
4271
4272         return sum;
4273 }
4274
4275 /**
4276  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4277  *
4278  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4279  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4280  */
4281 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4282 {
4283         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4284 }
4285 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4286
4287 /**
4288  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4289  *
4290  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4291  * high watermark within all zones.
4292  */
4293 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4294 {
4295         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4296 }
4297
4298 static inline void show_node(struct zone *zone)
4299 {
4300         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4301                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4302 }
4303
4304 long si_mem_available(void)
4305 {
4306         long available;
4307         unsigned long pagecache;
4308         unsigned long wmark_low = 0;
4309         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4310         struct zone *zone;
4311         int lru;
4312
4313         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4314                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4315
4316         for_each_zone(zone)
4317                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4318
4319         /*
4320          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4321          * without causing swapping.
4322          */
4323         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4324
4325         /*
4326          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4327          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4328          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4329          */
4330         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4331         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4332         available += pagecache;
4333
4334         /*
4335          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4336          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4337          */
4338         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4339                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4340
4341         if (available < 0)
4342                 available = 0;
4343         return available;
4344 }
4345 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4346
4347 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4348 {
4349         val->totalram = totalram_pages;
4350         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4351         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4352         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4353         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4354         val->freehigh = nr_free_highpages();
4355         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4356 }
4357
4358 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4359
4360 #ifdef CONFIG_NUMA
4361 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4362 {
4363         int zone_type;          /* needs to be signed */
4364         unsigned long managed_pages = 0;
4365         unsigned long managed_highpages = 0;
4366         unsigned long free_highpages = 0;
4367         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4368
4369         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4370                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4371         val->totalram = managed_pages;
4372         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4373         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4374 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4375         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4376                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4377
4378                 if (is_highmem(zone)) {
4379                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4380                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4381                 }
4382         }
4383         val->totalhigh = managed_highpages;
4384         val->freehigh = free_highpages;
4385 #else
4386         val->totalhigh = managed_highpages;
4387         val->freehigh = free_highpages;
4388 #endif
4389         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4390 }
4391 #endif
4392
4393 /*
4394  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4395  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4396  */
4397 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4398 {
4399         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4400                 return false;
4401
4402         /*
4403          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4404          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4405          * have to be precise here.
4406          */
4407         if (!nodemask)
4408                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4409
4410         return !node_isset(nid, *nodemask);
4411 }
4412
4413 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4414
4415 static void show_migration_types(unsigned char type)
4416 {
4417         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4418                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4419                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4420                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4421                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4422 #ifdef CONFIG_CMA
4423                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4424 #endif
4425 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4426                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4427 #endif
4428         };
4429         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4430         char *p = tmp;
4431         int i;
4432
4433         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4434                 if (type & (1 << i))
4435                         *p++ = types[i];
4436         }
4437
4438         *p = '\0';
4439         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4440 }
4441
4442 /*
4443  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4444  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4445  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4446  *
4447  * Bits in @filter:
4448  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4449  *   cpuset.
4450  */
4451 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4452 {
4453         unsigned long free_pcp = 0;
4454         int cpu;
4455         struct zone *zone;
4456         pg_data_t *pgdat;
4457
4458         for_each_populated_zone(zone) {
4459                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4460                         continue;
4461
4462                 for_each_online_cpu(cpu)
4463                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4464         }
4465
4466         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4467                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4468                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4469                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4470                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4471                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4472                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4473                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4474                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4475                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4476                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4477                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4478                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4479                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4480                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4481                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4482                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4483                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4484                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4485                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4486                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4487                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4488                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4489                 free_pcp,
4490                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4491
4492         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4493                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4494                         continue;
4495
4496                 printk("Node %d"
4497                         " active_anon:%lukB"
4498                         " inactive_anon:%lukB"
4499                         " active_file:%lukB"
4500                         " inactive_file:%lukB"
4501                         " unevictable:%lukB"
4502                         " isolated(anon):%lukB"
4503                         " isolated(file):%lukB"
4504                         " mapped:%lukB"
4505                         " dirty:%lukB"
4506                         " writeback:%lukB"
4507                         " shmem:%lukB"
4508 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4509                         " shmem_thp: %lukB"
4510                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4511                         " anon_thp: %lukB"
4512 #endif
4513                         " writeback_tmp:%lukB"
4514                         " unstable:%lukB"
4515                         " pages_scanned:%lu"
4516                         " all_unreclaimable? %s"
4517                         "\n",
4518                         pgdat->node_id,
4519                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4520                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4521                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4522                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4523                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4524                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4525                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4526                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4527                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4528                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4529                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4530 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4531                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4532                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4533                                         * HPAGE_PMD_NR),
4534                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4535 #endif
4536                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4537                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4538                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4539                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4540         }
4541
4542         for_each_populated_zone(zone) {
4543                 int i;
4544
4545                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4546                         continue;
4547
4548                 free_pcp = 0;
4549                 for_each_online_cpu(cpu)
4550                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4551
4552                 show_node(zone);
4553                 printk(KERN_CONT
4554                         "%s"
4555                         " free:%lukB"
4556                         " min:%lukB"
4557                         " low:%lukB"
4558                         " high:%lukB"
4559                         " active_anon:%lukB"
4560                         " inactive_anon:%lukB"
4561                         " active_file:%lukB"
4562                         " inactive_file:%lukB"
4563                         " unevictable:%lukB"
4564                         " writepending:%lukB"
4565                         " present:%lukB"
4566                         " managed:%lukB"
4567                         " mlocked:%lukB"
4568                         " slab_reclaimable:%lukB"
4569                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4570                         " kernel_stack:%lukB"
4571                         " pagetables:%lukB"
4572                         " bounce:%lukB"
4573                         " free_pcp:%lukB"
4574                         " local_pcp:%ukB"
4575                         " free_cma:%lukB"
4576                         "\n",
4577                         zone->name,
4578                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4579                         K(min_wmark_pages(zone)),
4580                         K(low_wmark_pages(zone)),
4581                         K(high_wmark_pages(zone)),
4582                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4583                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4584                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4585                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4586                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4587                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4588                         K(zone->present_pages),
4589                         K(zone->managed_pages),
4590                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4591                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4592                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4593                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4594                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4595                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4596                         K(free_pcp),
4597                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4598                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4599                 printk("lowmem_reserve[]:");
4600                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4601                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4602                 printk(KERN_CONT "\n");
4603         }
4604
4605         for_each_populated_zone(zone) {
4606                 unsigned int order;
4607                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4608                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4609
4610                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4611                         continue;
4612                 show_node(zone);
4613                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4614
4615                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4616                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4617                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4618                         int type;
4619
4620                         nr[order] = area->nr_free;
4621                         total += nr[order] << order;
4622
4623                         types[order] = 0;
4624                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4625                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4626                                         types[order] |= 1 << type;
4627                         }
4628                 }
4629                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4630                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4631                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4632                                nr[order], K(1UL) << order);
4633                         if (nr[order])
4634                                 show_migration_types(types[order]);
4635                 }
4636                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4637         }
4638
4639         hugetlb_show_meminfo();
4640
4641         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4642
4643         show_swap_cache_info();
4644 }
4645
4646 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4647 {
4648         zoneref->zone = zone;
4649         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4650 }
4651
4652 /*
4653  * Builds allocation fallback zone lists.
4654  *
4655  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4656  */
4657 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4658                                 int nr_zones)
4659 {
4660         struct zone *zone;
4661         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4662
4663         do {
4664                 zone_type--;
4665                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4666                 if (managed_zone(zone)) {
4667                         zoneref_set_zone(zone,
4668                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4669                         check_highest_zone(zone_type);
4670                 }
4671         } while (zone_type);
4672
4673         return nr_zones;
4674 }
4675
4676
4677 /*
4678  *  zonelist_order:
4679  *  0 = automatic detection of better ordering.
4680  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4681  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4682  *
4683  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4684  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4685  */
4686 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4687 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4688 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4689
4690 /* zonelist order in the kernel.
4691  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4692  */
4693 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4694 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4695
4696
4697 #ifdef CONFIG_NUMA
4698 /* The value user specified ....changed by config */
4699 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4700 /* string for sysctl */
4701 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4702 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4703
4704 /*
4705  * interface for configure zonelist ordering.
4706  * command line option "numa_zonelist_order"
4707  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4708  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4709  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4710  */
4711
4712 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4713 {
4714         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4715                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4716         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4717                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4718         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4719                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4720         } else {
4721                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4722                 return -EINVAL;
4723         }
4724         return 0;
4725 }
4726
4727 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4728 {
4729         int ret;
4730
4731         if (!s)
4732                 return 0;
4733
4734         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4735         if (ret == 0)
4736                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4737
4738         return ret;
4739 }
4740 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4741
4742 /*
4743  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4744  */
4745 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4746                 void __user *buffer, size_t *length,
4747                 loff_t *ppos)
4748 {
4749         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4750         int ret;
4751         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4752
4753         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4754         if (write) {
4755                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4756                         ret = -EINVAL;
4757                         goto out;
4758                 }
4759                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4760         }
4761         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4762         if (ret)
4763                 goto out;
4764         if (write) {
4765                 int oldval = user_zonelist_order;
4766
4767                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4768                 if (ret) {
4769                         /*
4770                          * bogus value.  restore saved string
4771                          */
4772                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4773                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4774                         user_zonelist_order = oldval;
4775                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4776                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4777                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4778                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4779                 }
4780         }
4781 out:
4782         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4783         return ret;
4784 }
4785
4786
4787 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4788 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4789
4790 /**
4791  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4792  * @node: node whose fallback list we're appending
4793  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4794  *
4795  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4796  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4797  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4798  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4799  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4800  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4801  * on them otherwise.
4802  * It returns -1 if no node is found.
4803  */
4804 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4805 {
4806         int n, val;
4807         int min_val = INT_MAX;
4808         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4809         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4810
4811         /* Use the local node if we haven't already */
4812         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4813                 node_set(node, *used_node_mask);
4814                 return node;
4815         }
4816
4817         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4818
4819                 /* Don't want a node to appear more than once */
4820                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4821                         continue;
4822
4823                 /* Use the distance array to find the distance */
4824                 val = node_distance(node, n);
4825
4826                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4827                 val += (n < node);
4828
4829                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4830                 tmp = cpumask_of_node(n);
4831                 if (!cpumask_empty(tmp))
4832                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4833
4834                 /* Slight preference for less loaded node */
4835                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4836                 val += node_load[n];
4837
4838                 if (val < min_val) {
4839                         min_val = val;
4840                         best_node = n;
4841                 }
4842         }
4843
4844         if (best_node >= 0)
4845                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4846
4847         return best_node;
4848 }
4849
4850
4851 /*
4852  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4853  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4854  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4855  */
4856 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4857 {
4858         int j;
4859         struct zonelist *zonelist;
4860
4861         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4862         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4863                 ;
4864         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4865         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4866         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4867 }
4868
4869 /*
4870  * Build gfp_thisnode zonelists
4871  */
4872 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4873 {
4874         int j;
4875         struct zonelist *zonelist;
4876
4877         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4878         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4879         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4880         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4881 }
4882
4883 /*
4884  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4885  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4886  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4887  * may still exist in local DMA zone.
4888  */
4889 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4890
4891 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4892 {
4893         int pos, j, node;
4894         int zone_type;          /* needs to be signed */
4895         struct zone *z;
4896         struct zonelist *zonelist;
4897
4898         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4899         pos = 0;
4900         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4901                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4902                         node = node_order[j];
4903                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4904                         if (managed_zone(z)) {
4905                                 zoneref_set_zone(z,
4906                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4907                                 check_highest_zone(zone_type);
4908                         }
4909                 }
4910         }
4911         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4912         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4913 }
4914
4915 #if defined(CONFIG_64BIT)
4916 /*
4917  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4918  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4919  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4920  */
4921 static int default_zonelist_order(void)
4922 {
4923         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4924 }
4925 #else
4926 /*
4927  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4928  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4929  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4930  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4931  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4932  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4933  */
4934 static int default_zonelist_order(void)
4935 {
4936         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4937 }
4938 #endif /* CONFIG_64BIT */
4939
4940 static void set_zonelist_order(void)
4941 {
4942         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4943                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4944         else
4945                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4946 }
4947
4948 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4949 {
4950         int i, node, load;
4951         nodemask_t used_mask;
4952         int local_node, prev_node;
4953         struct zonelist *zonelist;
4954         unsigned int order = current_zonelist_order;
4955
4956         /* initialize zonelists */
4957         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4958                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4959                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4960                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4961         }
4962
4963         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4964         local_node = pgdat->node_id;
4965         load = nr_online_nodes;
4966         prev_node = local_node;
4967         nodes_clear(used_mask);
4968
4969         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4970         i = 0;
4971
4972         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4973                 /*
4974                  * We don't want to pressure a particular node.
4975                  * So adding penalty to the first node in same
4976                  * distance group to make it round-robin.
4977                  */
4978                 if (node_distance(local_node, node) !=
4979                     node_distance(local_node, prev_node))
4980                         node_load[node] = load;
4981
4982                 prev_node = node;
4983                 load--;
4984                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4985                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4986                 else
4987                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4988         }
4989
4990         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4991                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4992                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4993         }
4994
4995         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4996 }
4997
4998 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4999 /*
5000  * Return node id of node used for "local" allocations.
5001  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5002  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5003  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5004  */
5005 int local_memory_node(int node)
5006 {
5007         struct zoneref *z;
5008
5009         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5010                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5011                                    NULL);
5012         return z->zone->node;
5013 }
5014 #endif
5015
5016 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5017 static void setup_min_slab_ratio(void);
5018 #else   /* CONFIG_NUMA */
5019
5020 static void set_zonelist_order(void)
5021 {
5022         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5023 }
5024
5025 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5026 {
5027         int node, local_node;
5028         enum zone_type j;
5029         struct zonelist *zonelist;
5030
5031         local_node = pgdat->node_id;
5032
5033         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5034         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5035
5036         /*
5037          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5038          * of all the other nodes.
5039          * We don't want to pressure a particular node, so when
5040          * building the zones for node N, we make sure that the
5041          * zones coming right after the local ones are those from
5042          * node N+1 (modulo N)
5043          */
5044         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5045                 if (!node_online(node))
5046                         continue;
5047                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5048         }
5049         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5050                 if (!node_online(node))
5051                         continue;
5052                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5053         }
5054
5055         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5056         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5057 }
5058
5059 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5060
5061 /*
5062  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5063  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5064  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5065  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5066  * with interrupts disabled.
5067  *
5068  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5069  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5070  * hotplugged processors.
5071  *
5072  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5073  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5074  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5075  */
5076 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5077 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5078 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5079
5080 /*
5081  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5082  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5083  */
5084 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5085
5086 /* return values int ....just for stop_machine() */
5087 static int __build_all_zonelists(void *data)
5088 {
5089         int nid;
5090         int cpu;
5091         pg_data_t *self = data;
5092
5093 #ifdef CONFIG_NUMA
5094         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5095 #endif
5096
5097         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5098                 build_zonelists(self);
5099         }
5100
5101         for_each_online_node(nid) {
5102                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5103
5104                 build_zonelists(pgdat);
5105         }
5106
5107         /*
5108          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5109          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5110          * each zone will be allocated later when the per cpu
5111          * allocator is available.
5112          *
5113          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5114          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5115          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5116          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5117          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5118          * (a chicken-egg dilemma).
5119          */
5120         for_each_possible_cpu(cpu) {
5121                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5122
5123 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5124                 /*
5125                  * We now know the "local memory node" for each node--
5126                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5127                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5128                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5129                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5130                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5131                  */
5132                 if (cpu_online(cpu))
5133                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5134 #endif
5135         }
5136
5137         return 0;
5138 }
5139
5140 static noinline void __init
5141 build_all_zonelists_init(void)
5142 {
5143         __build_all_zonelists(NULL);
5144         mminit_verify_zonelist();
5145         cpuset_init_current_mems_allowed();
5146 }
5147
5148 /*
5149  * Called with zonelists_mutex held always
5150  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5151  *
5152  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5153  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5154  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5155  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5156  */
5157 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5158 {
5159         set_zonelist_order();
5160
5161         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5162                 build_all_zonelists_init();
5163         } else {
5164 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5165                 if (zone)
5166                         setup_zone_pageset(zone);
5167 #endif
5168                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5169                    of zonelist */
5170                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5171                 /* cpuset refresh routine should be here */
5172         }
5173         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5174         /*
5175          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5176          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5177          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5178          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5179          * disabled and enable it later
5180          */
5181         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5182                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5183         else
5184                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5185
5186         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5187                 nr_online_nodes,
5188                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5189                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5190                 vm_total_pages);
5191 #ifdef CONFIG_NUMA
5192         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5193 #endif
5194 }
5195
5196 /*
5197  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5198  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5199  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5200  */
5201 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5202                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5203 {
5204         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5205         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5206         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5207         unsigned long pfn;
5208         unsigned long nr_initialised = 0;
5209 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5210         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5211 #endif
5212
5213         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5214                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5215
5216         /*
5217          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5218          * memory
5219          */
5220         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5221                 start_pfn += altmap->reserve;
5222
5223         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5224                 /*
5225                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5226                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5227                  */
5228                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5229                         goto not_early;
5230
5231                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5232 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5233                         /*
5234                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5235                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5236                          * on our next iteration of the loop.
5237                          */
5238                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5239 #endif
5240                         continue;
5241                 }
5242                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5243                         continue;
5244                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5245                         break;
5246
5247 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5248                 /*
5249                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5250                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5251                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5252                  */
5253                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5254                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5255                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5256                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5257                                                 break;
5258                                 r = tmp;
5259                         }
5260                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5261                             memblock_is_mirror(r)) {
5262                                 /* already initialized as NORMAL */
5263                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5264                                 continue;
5265                         }
5266                 }
5267 #endif
5268
5269 not_early:
5270                 /*
5271                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5272                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5273                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5274                  * the address space during boot when many long-lived
5275                  * kernel allocations are made.
5276                  *
5277                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5278                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5279                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5280                  * pfn out of zone.
5281                  */
5282                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5283                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5284
5285                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5286                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5287                 } else {
5288                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5289                 }
5290         }
5291 }
5292
5293 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5294 {
5295         unsigned int order, t;
5296         for_each_migratetype_order(order, t) {
5297                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5298                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5299         }
5300 }
5301
5302 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5303 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5304         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5305 #endif
5306
5307 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5308 {
5309 #ifdef CONFIG_MMU
5310         int batch;
5311
5312         /*
5313          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5314          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5315          *
5316          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5317          */
5318         batch = zone->managed_pages / 1024;
5319         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5320                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5321         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5322         if (batch < 1)
5323                 batch = 1;
5324
5325         /*
5326          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5327          * of 2 value was found to be more likely to have
5328          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5329          *
5330          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5331          * batches of pages, one task can end up with a lot
5332          * of pages of one half of the possible page colors
5333          * and the other with pages of the other colors.
5334          */
5335         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5336
5337         return batch;
5338
5339 #else
5340         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5341          * conditions.
5342          *
5343          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5344          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5345          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5346          *
5347          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5348          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5349          * can be a significant delay between the individual batches being
5350          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5351          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5352          */
5353         return 0;
5354 #endif
5355 }
5356
5357 /*
5358  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5359  * ->batch must never be higher then ->high.
5360  * The following function updates them in a safe manner without read side
5361  * locking.
5362  *
5363  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5364  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5365  *
5366  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5367  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5368  * exist).
5369  */
5370 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5371                 unsigned long batch)
5372 {
5373        /* start with a fail safe value for batch */
5374         pcp->batch = 1;
5375         smp_wmb();
5376
5377        /* Update high, then batch, in order */
5378         pcp->high = high;
5379         smp_wmb();
5380
5381         pcp->batch = batch;
5382 }
5383
5384 /* a companion to pageset_set_high() */
5385 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5386 {
5387         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5388 }
5389
5390 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5391 {
5392         struct per_cpu_pages *pcp;
5393         int migratetype;
5394
5395         memset(p, 0, sizeof(*p));
5396
5397         pcp = &p->pcp;
5398         pcp->count = 0;
5399         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5400                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5401 }
5402
5403 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5404 {
5405         pageset_init(p);
5406         pageset_set_batch(p, batch);
5407 }
5408
5409 /*
5410  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5411  * to the value high for the pageset p.
5412  */
5413 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5414                                 unsigned long high)
5415 {
5416         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5417         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5418                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5419
5420         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5421 }
5422
5423 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5424                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5425 {
5426         if (percpu_pagelist_fraction)
5427                 pageset_set_high(pcp,
5428                         (zone->managed_pages /
5429                                 percpu_pagelist_fraction));
5430         else
5431                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5432 }
5433
5434 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5435 {
5436         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5437
5438         pageset_init(pcp);
5439         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5440 }
5441
5442 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5443 {
5444         int cpu;
5445         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5446         for_each_possible_cpu(cpu)
5447                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5448 }
5449
5450 /*
5451  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5452  * Before this call only boot pagesets were available.
5453  */
5454 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5455 {
5456         struct pglist_data *pgdat;
5457         struct zone *zone;
5458
5459         for_each_populated_zone(zone)
5460                 setup_zone_pageset(zone);
5461
5462         for_each_online_pgdat(pgdat)
5463                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5464                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5465 }
5466
5467 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5468 {
5469         /*
5470          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5471          * relies on the ability of the linker to provide the
5472          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5473          */
5474         zone->pageset = &boot_pageset;
5475
5476         if (populated_zone(zone))
5477                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5478                         zone->name, zone->present_pages,
5479                                          zone_batchsize(zone));
5480 }
5481
5482 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5483                                         unsigned long zone_start_pfn,
5484                                         unsigned long size)
5485 {
5486         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5487
5488         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5489
5490         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5491
5492         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5493                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5494                         pgdat->node_id,
5495                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5496                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5497
5498         zone_init_free_lists(zone);
5499         zone->initialized = 1;
5500
5501         return 0;
5502 }
5503
5504 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5505 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5506
5507 /*
5508  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5509  */
5510 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5511                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5512 {
5513         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5514         int nid;
5515
5516         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5517                 return state->last_nid;
5518
5519         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5520         if (nid != -1) {
5521                 state->last_start = start_pfn;
5522                 state->last_end = end_pfn;
5523                 state->last_nid = nid;
5524         }
5525
5526         return nid;
5527 }
5528 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5529
5530 /**
5531  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5532  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5533  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5534  *
5535  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5536  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5537  * memblock_free_early_nid() manually.
5538  */
5539 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5540 {
5541         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5542         int i, this_nid;
5543
5544         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5545                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5546                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5547
5548                 if (start_pfn < end_pfn)
5549                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5550                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5551                                         this_nid);
5552         }
5553 }
5554
5555 /**
5556  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5557  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5558  *
5559  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5560  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5561  */
5562 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5563 {
5564         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5565         int i, this_nid;
5566
5567         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5568                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5569 }
5570
5571 /**
5572  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5573  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5574  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5575  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5576  *
5577  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5578  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5579  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5580  * PFNs will be 0.
5581  */
5582 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5583                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5584 {
5585         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5586         int i;
5587
5588         *start_pfn = -1UL;
5589         *end_pfn = 0;
5590
5591         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5592                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5593                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5594         }
5595
5596         if (*start_pfn == -1UL)
5597                 *start_pfn = 0;
5598 }
5599
5600 /*
5601  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5602  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5603  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5604  */
5605 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5606 {
5607         int zone_index;
5608         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5609                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5610                         continue;
5611
5612                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5613                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5614                         break;
5615         }
5616
5617         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5618         movable_zone = zone_index;
5619 }
5620
5621 /*
5622  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5623  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5624  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5625  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5626  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5627  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5628  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5629  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5630  */
5631 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5632                                         unsigned long zone_type,
5633                                         unsigned long node_start_pfn,
5634                                         unsigned long node_end_pfn,
5635                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5636                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5637 {
5638         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5639         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5640                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5641                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5642                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5643                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5644                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5645
5646                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5647                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5648                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5649                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5650                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5651
5652                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5653                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5654                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5655         }
5656 }
5657
5658 /*
5659  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5660  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5661  */
5662 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5663                                         unsigned long zone_type,
5664                                         unsigned long node_start_pfn,
5665                                         unsigned long node_end_pfn,
5666                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5667                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5668                                         unsigned long *ignored)
5669 {
5670         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5671         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5672                 return 0;
5673
5674         /* Get the start and end of the zone */
5675         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5676         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5677         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5678                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5679                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5680
5681         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5682         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5683                 return 0;
5684
5685         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5686         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5687         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5688
5689         /* Return the spanned pages */
5690         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5691 }
5692
5693 /*
5694  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5695  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5696  */
5697 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5698                                 unsigned long range_start_pfn,
5699                                 unsigned long range_end_pfn)
5700 {
5701         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5702         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5703         int i;
5704
5705         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5706                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5707                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5708                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5709         }
5710         return nr_absent;
5711 }
5712
5713 /**
5714  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5715  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5716  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5717  *
5718  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5719  */
5720 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5721                                                         unsigned long end_pfn)
5722 {
5723         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5724 }
5725
5726 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5727 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5728                                         unsigned long zone_type,
5729                                         unsigned long node_start_pfn,
5730                                         unsigned long node_end_pfn,
5731                                         unsigned long *ignored)
5732 {
5733         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5734         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5735         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5736         unsigned long nr_absent;
5737
5738         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5739         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5740                 return 0;
5741
5742         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5743         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5744
5745         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5746                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5747                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5748         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5749
5750         /*
5751          * ZONE_MOVABLE handling.
5752          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5753          * and vice versa.
5754          */
5755         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5756                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5757                 struct memblock_region *r;
5758
5759                 for_each_memblock(memory, r) {
5760                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5761                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5762                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5763                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5764
5765                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5766                             memblock_is_mirror(r))
5767                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5768
5769                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5770                             !memblock_is_mirror(r))
5771                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5772                 }
5773         }
5774
5775         return nr_absent;
5776 }
5777
5778 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5779 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5780                                         unsigned long zone_type,
5781                                         unsigned long node_start_pfn,
5782                                         unsigned long node_end_pfn,
5783                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5784                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5785                                         unsigned long *zones_size)
5786 {
5787         unsigned int zone;
5788
5789         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5790         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5791                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5792
5793         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5794
5795         return zones_size[zone_type];
5796 }
5797
5798 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5799                                                 unsigned long zone_type,
5800                                                 unsigned long node_start_pfn,
5801                                                 unsigned long node_end_pfn,
5802                                                 unsigned long *zholes_size)
5803 {
5804         if (!zholes_size)
5805                 return 0;
5806
5807         return zholes_size[zone_type];
5808 }
5809
5810 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5811
5812 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5813                                                 unsigned long node_start_pfn,
5814                                                 unsigned long node_end_pfn,
5815                                                 unsigned long *zones_size,
5816                                                 unsigned long *zholes_size)
5817 {
5818         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5819         enum zone_type i;
5820
5821         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5822                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5823                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5824                 unsigned long size, real_size;
5825
5826                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5827                                                   node_start_pfn,
5828                                                   node_end_pfn,
5829                                                   &zone_start_pfn,
5830                                                   &zone_end_pfn,
5831                                                   zones_size);
5832                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5833                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5834                                                   zholes_size);
5835                 if (size)
5836                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5837                 else
5838                         zone->zone_start_pfn = 0;
5839                 zone->spanned_pages = size;
5840                 zone->present_pages = real_size;
5841
5842                 totalpages += size;
5843                 realtotalpages += real_size;
5844         }
5845
5846         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5847         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5848         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5849                                                         realtotalpages);
5850 }
5851
5852 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5853 /*
5854  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5855  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5856  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5857  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5858  * bytes.
5859  */
5860 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5861 {
5862         unsigned long usemapsize;
5863
5864         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5865         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5866         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5867         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5868         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5869
5870         return usemapsize / 8;
5871 }
5872
5873 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5874                                 struct zone *zone,
5875                                 unsigned long zone_start_pfn,
5876                                 unsigned long zonesize)
5877 {
5878         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5879         zone->pageblock_flags = NULL;
5880         if (usemapsize)
5881                 zone->pageblock_flags =
5882                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5883                                                          pgdat->node_id);
5884 }
5885 #else
5886 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5887                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5888 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5889
5890 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5891
5892 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5893 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5894 {
5895         unsigned int order;
5896
5897         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5898         if (pageblock_order)
5899                 return;
5900
5901         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5902                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5903         else
5904                 order = MAX_ORDER - 1;
5905
5906         /*
5907          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5908          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5909          * powerpc.
5910          */
5911         pageblock_order = order;
5912 }
5913 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5914
5915 /*
5916  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5917  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5918  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5919  * the kernel config
5920  */
5921 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5922 {
5923 }
5924
5925 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5926
5927 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5928                                                    unsigned long present_pages)
5929 {
5930         unsigned long pages = spanned_pages;
5931
5932         /*
5933          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5934          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5935          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5936          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5937          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5938          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5939          */
5940         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5941             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5942                 pages = present_pages;
5943
5944         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5945 }
5946
5947 /*
5948  * Set up the zone data structures:
5949  *   - mark all pages reserved
5950  *   - mark all memory queues empty
5951  *   - clear the memory bitmaps
5952  *
5953  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5954  */
5955 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5956 {
5957         enum zone_type j;
5958         int nid = pgdat->node_id;
5959         int ret;
5960
5961         pgdat_resize_init(pgdat);
5962 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5963         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5964         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5965         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5966 #endif
5967 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5968         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5969         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5970         pgdat->split_queue_len = 0;
5971 #endif
5972         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5973         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5974 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5975         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5976 #endif
5977         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5978         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5979         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5980
5981         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5982                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5983                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5984                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5985
5986                 size = zone->spanned_pages;
5987                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5988
5989                 /*
5990                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5991                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5992                  * and per-cpu initialisations
5993                  */
5994                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5995                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5996                         if (freesize >= memmap_pages) {
5997                                 freesize -= memmap_pages;
5998                                 if (memmap_pages)
5999                                         printk(KERN_DEBUG
6000                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6001                                                zone_names[j], memmap_pages);
6002                         } else
6003                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6004                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6005                 }
6006
6007                 /* Account for reserved pages */
6008                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6009                         freesize -= dma_reserve;
6010                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6011                                         zone_names[0], dma_reserve);
6012                 }
6013
6014                 if (!is_highmem_idx(j))
6015                         nr_kernel_pages += freesize;
6016                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6017                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6018                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6019                 nr_all_pages += freesize;
6020
6021                 /*
6022                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6023                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6024                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6025                  */
6026                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6027 #ifdef CONFIG_NUMA
6028                 zone->node = nid;
6029 #endif
6030                 zone->name = zone_names[j];
6031                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6032                 spin_lock_init(&zone->lock);
6033                 zone_seqlock_init(zone);
6034                 zone_pcp_init(zone);
6035
6036                 if (!size)
6037                         continue;
6038
6039                 set_pageblock_order();
6040                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6041                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6042                 BUG_ON(ret);
6043                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6044         }
6045 }
6046
6047 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6048 {
6049         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6050         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6051
6052         /* Skip empty nodes */
6053         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6054                 return;
6055
6056 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6057         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6058         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6059         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6060         if (!pgdat->node_mem_map) {
6061                 unsigned long size, end;
6062                 struct page *map;
6063
6064                 /*
6065                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6066                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6067                  * for the buddy allocator to function correctly.
6068                  */
6069                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6070                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6071                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6072                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6073                 if (!map)
6074                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6075                                                                pgdat->node_id);
6076                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6077         }
6078 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6079         /*
6080          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6081          */
6082         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6083                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6084 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6085                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6086                         mem_map -= offset;
6087 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6088         }
6089 #endif
6090 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6091 }
6092
6093 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6094                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6095 {
6096         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6097         unsigned long start_pfn = 0;
6098         unsigned long end_pfn = 0;
6099
6100         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6101         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6102
6103         reset_deferred_meminit(pgdat);
6104         pgdat->node_id = nid;
6105         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6106         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6107 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6108         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6109         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6110                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6111                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6112 #else
6113         start_pfn = node_start_pfn;
6114 #endif
6115         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6116                                   zones_size, zholes_size);
6117
6118         alloc_node_mem_map(pgdat);
6119 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6120         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6121                 nid, (unsigned long)pgdat,
6122                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6123 #endif
6124
6125         free_area_init_core(pgdat);
6126 }
6127
6128 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6129
6130 #if MAX_NUMNODES > 1
6131 /*
6132  * Figure out the number of possible node ids.
6133  */
6134 void __init setup_nr_node_ids(void)
6135 {
6136         unsigned int highest;
6137
6138         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6139         nr_node_ids = highest + 1;
6140 }
6141 #endif
6142
6143 /**
6144  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6145  *
6146  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6147  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6148  * all the nodes.
6149  *
6150  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6151  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6152  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6153  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6154  *
6155  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6156  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6157  * populated node map.
6158  *
6159  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6160  * requirement (single node).
6161  */
6162 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6163 {
6164         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6165         unsigned long start, end, mask;
6166         int last_nid = -1;
6167         int i, nid;
6168
6169         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6170                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6171                         last_nid = nid;
6172                         last_end = end;
6173                         continue;
6174                 }
6175
6176                 /*
6177                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6178                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6179                  * too coarse to separate the current node from the last.
6180                  */
6181                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6182                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6183                         mask <<= 1;
6184
6185                 /* accumulate all internode masks */
6186                 accl_mask |= mask;
6187         }
6188
6189         /* convert mask to number of pages */
6190         return ~accl_mask + 1;
6191 }
6192
6193 /* Find the lowest pfn for a node */
6194 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6195 {
6196         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6197         unsigned long start_pfn;
6198         int i;
6199
6200         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6201                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6202
6203         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6204                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6205                 return 0;
6206         }
6207
6208         return min_pfn;
6209 }
6210
6211 /**
6212  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6213  *
6214  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6215  * memblock_set_node().
6216  */
6217 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6218 {
6219         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6220 }
6221
6222 /*
6223  * early_calculate_totalpages()
6224  * Sum pages in active regions for movable zone.
6225  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6226  */
6227 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6228 {
6229         unsigned long totalpages = 0;
6230         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6231         int i, nid;
6232
6233         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6234                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6235
6236                 totalpages += pages;
6237                 if (pages)
6238                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6239         }
6240         return totalpages;
6241 }
6242
6243 /*
6244  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6245  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6246  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6247  * others
6248  */
6249 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6250 {
6251         int i, nid;
6252         unsigned long usable_startpfn;
6253         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6254         /* save the state before borrow the nodemask */
6255         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6256         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6257         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6258         struct memblock_region *r;
6259
6260         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6261         find_usable_zone_for_movable();
6262
6263         /*
6264          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6265          * options.
6266          */
6267         if (movable_node_is_enabled()) {
6268                 for_each_memblock(memory, r) {
6269                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6270                                 continue;
6271
6272                         nid = r->nid;
6273
6274                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6275                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6276                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6277                                 usable_startpfn;
6278                 }
6279
6280                 goto out2;
6281         }
6282
6283         /*
6284          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6285          */
6286         if (mirrored_kernelcore) {
6287                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6288
6289                 for_each_memblock(memory, r) {
6290                         if (memblock_is_mirror(r))
6291                                 continue;
6292
6293                         nid = r->nid;
6294
6295                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6296
6297                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6298                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6299                                 continue;
6300                         }
6301
6302                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6303                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6304                                 usable_startpfn;
6305                 }
6306
6307                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6308                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6309
6310                 goto out2;
6311         }
6312
6313         /*
6314          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6315          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6316          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6317          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6318          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6319          * what movablecore would have allowed.
6320          */
6321         if (required_movablecore) {
6322                 unsigned long corepages;
6323
6324                 /*
6325                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6326                  * was requested by the user
6327                  */
6328                 required_movablecore =
6329                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6330                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6331                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6332
6333                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6334         }
6335
6336         /*
6337          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6338          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6339          */
6340         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6341                 goto out;
6342
6343         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6344         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6345
6346 restart:
6347         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6348         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6349         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6350                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6351
6352                 /*
6353                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6354                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6355                  * amount of memory for the kernel
6356                  */
6357                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6358                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6359
6360                 /*
6361                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6362                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6363                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6364                  */
6365                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6366
6367                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6368                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6369                         unsigned long size_pages;
6370
6371                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6372                         if (start_pfn >= end_pfn)
6373                                 continue;
6374
6375                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6376                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6377                                 unsigned long kernel_pages;
6378                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6379                                                                 - start_pfn;
6380
6381                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6382                                                         kernelcore_remaining);
6383                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6384                                                         required_kernelcore);
6385
6386                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6387                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6388
6389                                         /*
6390                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6391                                          * that if we have to rebalance
6392                                          * kernelcore across nodes, we will
6393                                          * not double account here
6394                                          */
6395                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6396                                         continue;
6397                                 }
6398                                 start_pfn = usable_startpfn;
6399                         }
6400
6401                         /*
6402                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6403                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6404                          * number of pages used as kernelcore
6405                          */
6406                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6407                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6408                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6409                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6410
6411                         /*
6412                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6413                          * break if the kernelcore for this node has been
6414                          * satisfied
6415                          */
6416                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6417                                                                 size_pages);
6418                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6419                         if (!kernelcore_remaining)
6420                                 break;
6421                 }
6422         }
6423
6424         /*
6425          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6426          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6427          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6428          * satisfied
6429          */
6430         usable_nodes--;
6431         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6432                 goto restart;
6433
6434 out2:
6435         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6436         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6437                 zone_movable_pfn[nid] =
6438                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6439
6440 out:
6441         /* restore the node_state */
6442         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6443 }
6444
6445 /* Any regular or high memory on that node ? */
6446 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6447 {
6448         enum zone_type zone_type;
6449
6450         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6451                 return;
6452
6453         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6454                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6455                 if (populated_zone(zone)) {
6456                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6457                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6458                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6459                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6460                         break;
6461                 }
6462         }
6463 }
6464
6465 /**
6466  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6467  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6468  *
6469  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6470  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6471  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6472  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6473  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6474  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6475  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6476  * at arch_max_dma_pfn.
6477  */
6478 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6479 {
6480         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6481         int i, nid;
6482
6483         /* Record where the zone boundaries are */
6484         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6485                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6486         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6487                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6488
6489         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6490
6491         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6492                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6493                         continue;
6494
6495                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6496                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6497                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6498
6499                 start_pfn = end_pfn;
6500         }
6501
6502         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6503         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6504         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6505
6506         /* Print out the zone ranges */
6507         pr_info("Zone ranges:\n");
6508         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6509                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6510                         continue;
6511                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6512                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6513                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6514                         pr_cont("empty\n");
6515                 else
6516                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6517                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6518                                         << PAGE_SHIFT,
6519                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6520                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6521         }
6522
6523         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6524         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6525         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6526                 if (zone_movable_pfn[i])
6527                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6528                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6529         }
6530
6531         /* Print out the early node map */
6532         pr_info("Early memory node ranges\n");
6533         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6534                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6535                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6536                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6537
6538         /* Initialise every node */
6539         mminit_verify_pageflags_layout();
6540         setup_nr_node_ids();
6541         for_each_online_node(nid) {
6542                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6543                 free_area_init_node(nid, NULL,
6544                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6545
6546                 /* Any memory on that node */
6547                 if (pgdat->node_present_pages)
6548                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6549                 check_for_memory(pgdat, nid);
6550         }
6551 }
6552
6553 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6554 {
6555         unsigned long long coremem;
6556         if (!p)
6557                 return -EINVAL;
6558
6559         coremem = memparse(p, &p);
6560         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6561
6562         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6563         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6564
6565         return 0;
6566 }
6567
6568 /*
6569  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6570  * cannot be reclaimed or migrated.
6571  */
6572 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6573 {
6574         /* parse kernelcore=mirror */
6575         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6576                 mirrored_kernelcore = true;
6577                 return 0;
6578         }
6579
6580         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6581 }
6582
6583 /*
6584  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6585  * can be reclaimed or migrated.
6586  */
6587 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6588 {
6589         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6590 }
6591
6592 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6593 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6594
6595 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6596
6597 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6598 {
6599         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6600         page_zone(page)->managed_pages += count;
6601         totalram_pages += count;
6602 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6603         if (PageHighMem(page))
6604                 totalhigh_pages += count;
6605 #endif
6606         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6607 }
6608 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6609
6610 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6611 {
6612         void *pos;
6613         unsigned long pages = 0;
6614
6615         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6616         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6617         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6618                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6619                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6620                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6621         }
6622
6623         if (pages && s)
6624                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6625                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6626
6627         return pages;
6628 }
6629 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6630
6631 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6632 void free_highmem_page(struct page *page)
6633 {
6634         __free_reserved_page(page);
6635         totalram_pages++;
6636         page_zone(page)->managed_pages++;
6637         totalhigh_pages++;
6638 }
6639 #endif
6640
6641
6642 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6643 {
6644         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6645         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6646
6647         physpages = get_num_physpages();
6648         codesize = _etext - _stext;
6649         datasize = _edata - _sdata;
6650         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6651         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6652         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6653         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6654
6655         /*
6656          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6657          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6658          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6659          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6660          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6661          */
6662 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6663         do { \
6664                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6665                         size -= adj; \
6666         } while (0)
6667
6668         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6669                      _sinittext, init_code_size);
6670         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6671         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6672         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6673         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6674
6675 #undef  adj_init_size
6676
6677         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6678 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6679                 ", %luK highmem"
6680 #endif
6681                 "%s%s)\n",
6682                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6683                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6684                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6685                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6686                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6687                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6688 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6689                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6690 #endif
6691                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6692 }
6693
6694 /**
6695  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6696  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6697  *
6698  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6699  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6700  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6701  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6702  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6703  * smaller per-cpu batchsize.
6704  */
6705 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6706 {
6707         dma_reserve = new_dma_reserve;
6708 }
6709
6710 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6711 {
6712         free_area_init_node(0, zones_size,
6713                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6714 }
6715
6716 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6717 {
6718
6719         lru_add_drain_cpu(cpu);
6720         drain_pages(cpu);
6721
6722         /*
6723          * Spill the event counters of the dead processor
6724          * into the current processors event counters.
6725          * This artificially elevates the count of the current
6726          * processor.
6727          */
6728         vm_events_fold_cpu(cpu);
6729
6730         /*
6731          * Zero the differential counters of the dead processor
6732          * so that the vm statistics are consistent.
6733          *
6734          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6735          * race with what we are doing.
6736          */
6737         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6738         return 0;
6739 }
6740
6741 void __init page_alloc_init(void)
6742 {
6743         int ret;
6744
6745         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6746                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6747                                         page_alloc_cpu_dead);
6748         WARN_ON(ret < 0);
6749 }
6750
6751 /*
6752  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6753  *      or min_free_kbytes changes.
6754  */
6755 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6756 {
6757         struct pglist_data *pgdat;
6758         unsigned long reserve_pages = 0;
6759         enum zone_type i, j;
6760
6761         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6762
6763                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6764
6765                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6766                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6767                         long max = 0;
6768
6769                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6770                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6771                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6772                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6773                         }
6774
6775                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6776                         max += high_wmark_pages(zone);
6777
6778                         if (max > zone->managed_pages)
6779                                 max = zone->managed_pages;
6780
6781                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6782
6783                         reserve_pages += max;
6784                 }
6785         }
6786         totalreserve_pages = reserve_pages;
6787 }
6788
6789 /*
6790  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6791  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6792  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6793  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6794  */
6795 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6796 {
6797         struct pglist_data *pgdat;
6798         enum zone_type j, idx;
6799
6800         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6801                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6802                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6803                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6804
6805                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6806
6807                         idx = j;
6808                         while (idx) {
6809                                 struct zone *lower_zone;
6810
6811                                 idx--;
6812
6813                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6814                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6815
6816                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6817                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6818                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6819                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6820                         }
6821                 }
6822         }
6823
6824         /* update totalreserve_pages */
6825         calculate_totalreserve_pages();
6826 }
6827
6828 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6829 {
6830         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6831         unsigned long lowmem_pages = 0;
6832         struct zone *zone;
6833         unsigned long flags;
6834
6835         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6836         for_each_zone(zone) {
6837                 if (!is_highmem(zone))
6838                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6839         }
6840
6841         for_each_zone(zone) {
6842                 u64 tmp;
6843
6844                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6845                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6846                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6847                 if (is_highmem(zone)) {
6848                         /*
6849                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6850                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6851                          * value here.
6852                          *
6853                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6854                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6855                          * not be capped for highmem.
6856                          */
6857                         unsigned long min_pages;
6858
6859                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6860                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6861                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6862                 } else {
6863                         /*
6864                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6865                          * proportionate to the zone's size.
6866                          */
6867                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6868                 }
6869
6870                 /*
6871                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6872                  * scale factor in proportion to available memory, but
6873                  * ensure a minimum size on small systems.
6874                  */
6875                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6876                             mult_frac(zone->managed_pages,
6877                                       watermark_scale_factor, 10000));
6878
6879                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6880                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6881
6882                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6883         }
6884
6885         /* update totalreserve_pages */
6886         calculate_totalreserve_pages();
6887 }
6888
6889 /**
6890  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6891  * or when memory is hot-{added|removed}
6892  *
6893  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6894  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6895  */
6896 void setup_per_zone_wmarks(void)
6897 {
6898         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6899         __setup_per_zone_wmarks();
6900         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6901 }
6902
6903 /*
6904  * Initialise min_free_kbytes.
6905  *
6906  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6907  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6908  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6909  *
6910  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6911  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6912  *
6913  * which yields
6914  *
6915  * 16MB:        512k
6916  * 32MB:        724k
6917  * 64MB:        1024k
6918  * 128MB:       1448k
6919  * 256MB:       2048k
6920  * 512MB:       2896k
6921  * 1024MB:      4096k
6922  * 2048MB:      5792k
6923  * 4096MB:      8192k
6924  * 8192MB:      11584k
6925  * 16384MB:     16384k
6926  */
6927 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6928 {
6929         unsigned long lowmem_kbytes;
6930         int new_min_free_kbytes;
6931
6932         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6933         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6934
6935         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6936                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6937                 if (min_free_kbytes < 128)
6938                         min_free_kbytes = 128;
6939                 if (min_free_kbytes > 65536)
6940                         min_free_kbytes = 65536;
6941         } else {
6942                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6943                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6944         }
6945         setup_per_zone_wmarks();
6946         refresh_zone_stat_thresholds();
6947         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6948
6949 #ifdef CONFIG_NUMA
6950         setup_min_unmapped_ratio();
6951         setup_min_slab_ratio();
6952 #endif
6953
6954         return 0;
6955 }
6956 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6957
6958 /*
6959  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6960  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6961  *      changes.
6962  */
6963 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6964         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6965 {
6966         int rc;
6967
6968         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6969         if (rc)
6970                 return rc;
6971
6972         if (write) {
6973                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6974                 setup_per_zone_wmarks();
6975         }
6976         return 0;
6977 }
6978
6979 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6980         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6981 {
6982         int rc;
6983
6984         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6985         if (rc)
6986                 return rc;
6987
6988         if (write)
6989                 setup_per_zone_wmarks();
6990
6991         return 0;
6992 }
6993
6994 #ifdef CONFIG_NUMA
6995 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6996 {
6997         pg_data_t *pgdat;
6998         struct zone *zone;
6999
7000         for_each_online_pgdat(pgdat)
7001                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7002
7003         for_each_zone(zone)
7004                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7005                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7006 }
7007
7008
7009 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7010         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7011 {
7012         int rc;
7013
7014         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7015         if (rc)
7016                 return rc;
7017
7018         setup_min_unmapped_ratio();
7019
7020         return 0;
7021 }
7022
7023 static void setup_min_slab_ratio(void)
7024 {
7025         pg_data_t *pgdat;
7026         struct zone *zone;
7027
7028         for_each_online_pgdat(pgdat)
7029                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7030
7031         for_each_zone(zone)
7032                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7033                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7034 }
7035
7036 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7037         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7038 {
7039         int rc;
7040
7041         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7042         if (rc)
7043                 return rc;
7044
7045         setup_min_slab_ratio();
7046
7047         return 0;
7048 }
7049 #endif
7050
7051 /*
7052  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7053  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7054  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7055  *
7056  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7057  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7058  * if in function of the boot time zone sizes.
7059  */
7060 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7061         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7062 {
7063         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7064         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7065         return 0;
7066 }
7067
7068 /*
7069  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7070  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7071  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7072  */
7073 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7074         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7075 {
7076         struct zone *zone;
7077         int old_percpu_pagelist_fraction;
7078         int ret;
7079
7080         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7081         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7082
7083         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7084         if (!write || ret < 0)
7085                 goto out;
7086
7087         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7088         if (percpu_pagelist_fraction &&
7089             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7090                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7091                 ret = -EINVAL;
7092                 goto out;
7093         }
7094
7095         /* No change? */
7096         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7097                 goto out;
7098
7099         for_each_populated_zone(zone) {
7100                 unsigned int cpu;
7101
7102                 for_each_possible_cpu(cpu)
7103                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7104                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7105         }
7106 out:
7107         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7108         return ret;
7109 }
7110
7111 #ifdef CONFIG_NUMA
7112 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7113
7114 static int __init set_hashdist(char *str)
7115 {
7116         if (!str)
7117                 return 0;
7118         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7119         return 1;
7120 }
7121 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7122 #endif
7123
7124 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7125 /*
7126  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7127  * is not known to alloc_large_system_hash().
7128  */
7129 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7130 {
7131         return 0;
7132 }
7133 #endif
7134
7135 /*
7136  * allocate a large system hash table from bootmem
7137  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7138  *   quantity of entries
7139  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7140  */
7141 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7142                                      unsigned long bucketsize,
7143                                      unsigned long numentries,
7144                                      int scale,
7145                                      int flags,
7146                                      unsigned int *_hash_shift,
7147                                      unsigned int *_hash_mask,
7148                                      unsigned long low_limit,
7149                                      unsigned long high_limit)
7150 {
7151         unsigned long long max = high_limit;
7152         unsigned long log2qty, size;
7153         void *table = NULL;
7154
7155         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7156         if (!numentries) {
7157                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7158                 numentries = nr_kernel_pages;
7159                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7160
7161                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7162                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7163                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7164
7165                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7166                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7167                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7168                 else
7169                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7170
7171                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7172                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7173                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7174                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7175                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7176                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7177                                 BUG_ON(!numentries);
7178                         }
7179                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7180                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7181         }
7182         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7183
7184         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7185         if (max == 0) {
7186                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7187                 do_div(max, bucketsize);
7188         }
7189         max = min(max, 0x80000000ULL);
7190
7191         if (numentries < low_limit)
7192                 numentries = low_limit;
7193         if (numentries > max)
7194                 numentries = max;
7195
7196         log2qty = ilog2(numentries);
7197
7198         do {
7199                 size = bucketsize << log2qty;
7200                 if (flags & HASH_EARLY)
7201                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7202                 else if (hashdist)
7203                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7204                 else {
7205                         /*
7206                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7207                          * some pages at the end of hash table which
7208                          * alloc_pages_exact() automatically does
7209                          */
7210                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7211                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7212                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7213                         }
7214                 }
7215         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7216
7217         if (!table)
7218                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7219
7220         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7221                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7222
7223         if (_hash_shift)
7224                 *_hash_shift = log2qty;
7225         if (_hash_mask)
7226                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7227
7228         return table;
7229 }
7230
7231 /*
7232  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7233  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7234  *
7235  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7236  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7237  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7238  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7239  */
7240 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7241                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7242 {
7243         unsigned long pfn, iter, found;
7244         int mt;
7245
7246         /*
7247          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7248          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7249          */
7250         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7251                 return false;
7252         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7253         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7254                 return false;
7255
7256         pfn = page_to_pfn(page);
7257         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7258                 unsigned long check = pfn + iter;
7259
7260                 if (!pfn_valid_within(check))
7261                         continue;
7262
7263                 page = pfn_to_page(check);
7264
7265                 /*
7266                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7267                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7268                  * handle each tail page individually in migration.
7269                  */
7270                 if (PageHuge(page)) {
7271                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7272                         continue;
7273                 }
7274
7275                 /*
7276                  * We can't use page_count without pin a page
7277                  * because another CPU can free compound page.
7278                  * This check already skips compound tails of THP
7279                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7280                  */
7281                 if (!page_ref_count(page)) {
7282                         if (PageBuddy(page))
7283                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7284                         continue;
7285                 }
7286
7287                 /*
7288                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7289                  * page_count() is not 0.
7290                  */
7291                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7292                         continue;
7293
7294                 if (__PageMovable(page))
7295                         continue;
7296
7297                 if (!PageLRU(page))
7298                         found++;
7299                 /*
7300                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7301                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7302                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7303                  */
7304                 /*
7305                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7306                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7307                  *
7308                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7309                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7310                  * page at boot.
7311                  */
7312                 if (found > count)
7313                         return true;
7314         }
7315         return false;
7316 }
7317
7318 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7319 {
7320         struct zone *zone;
7321         unsigned long pfn;
7322
7323         /*
7324          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7325          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7326          * the zone but still within the section.
7327          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7328          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7329          */
7330         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7331                 return false;
7332
7333         zone = page_zone(page);
7334         pfn = page_to_pfn(page);
7335         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7336                 return false;
7337
7338         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7339 }
7340
7341 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7342
7343 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7344 {
7345         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7346                              pageblock_nr_pages) - 1);
7347 }
7348
7349 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7350 {
7351         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7352                                 pageblock_nr_pages));
7353 }
7354
7355 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7356 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7357                                         unsigned long start, unsigned long end)
7358 {
7359         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7360         unsigned long nr_reclaimed;
7361         unsigned long pfn = start;
7362         unsigned int tries = 0;
7363         int ret = 0;
7364
7365         migrate_prep();
7366
7367         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7368                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7369                         ret = -EINTR;
7370                         break;
7371                 }
7372
7373                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7374                         cc->nr_migratepages = 0;
7375                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7376                         if (!pfn) {
7377                                 ret = -EINTR;
7378                                 break;
7379                         }
7380                         tries = 0;
7381                 } else if (++tries == 5) {
7382                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7383                         break;
7384                 }
7385
7386                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7387                                                         &cc->migratepages);
7388                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7389
7390                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7391                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7392         }
7393         if (ret < 0) {
7394                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7395                 return ret;
7396         }
7397         return 0;
7398 }
7399
7400 /**
7401  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7402  * @start:      start PFN to allocate
7403  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7404  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7405  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7406  *                      in range must have the same migratetype and it must
7407  *                      be either of the two.
7408  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7409  *
7410  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7411  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7412  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7413  * pages fall in.
7414  *
7415  * The PFN range must belong to a single zone.
7416  *
7417  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7418  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7419  * need to be freed with free_contig_range().
7420  */
7421 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7422                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7423 {
7424         unsigned long outer_start, outer_end;
7425         unsigned int order;
7426         int ret = 0;
7427
7428         struct compact_control cc = {
7429                 .nr_migratepages = 0,
7430                 .order = -1,
7431                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7432                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7433                 .ignore_skip_hint = true,
7434                 .gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask),
7435         };
7436         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7437
7438         /*
7439          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7440          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7441          * have different sizes, and due to the way page allocator
7442          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7443          * that page allocator won't try to merge buddies from
7444          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7445          * other migration type.
7446          *
7447          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7448          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7449          * we are interested in).  This will put all the pages in
7450          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7451          *
7452          * When this is done, we take the pages in range from page
7453          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7454          * page allocator will never consider using them.
7455          *
7456          * This lets us mark the pageblocks back as
7457          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7458          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7459          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7460          */
7461
7462         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7463                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7464                                        false);
7465         if (ret)
7466                 return ret;
7467
7468         /*
7469          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7470          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7471          */
7472         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7473         if (ret && ret != -EBUSY)
7474                 goto done;
7475
7476         /*
7477          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7478          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7479          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7480          * What we are going to do is to allocate all pages from
7481          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7482          *
7483          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7484          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7485          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7486          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7487          * once this is done free the pages we are not interested in.
7488          *
7489          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7490          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7491          */
7492
7493         lru_add_drain_all();
7494         drain_all_pages(cc.zone);
7495
7496         order = 0;
7497         outer_start = start;
7498         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7499                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7500                         outer_start = start;
7501                         break;
7502                 }
7503                 outer_start &= ~0UL << order;
7504         }
7505
7506         if (outer_start != start) {
7507                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7508
7509                 /*
7510                  * outer_start page could be small order buddy page and
7511                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7512                  * in this case to report failed page properly
7513                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7514                  */
7515                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7516                         outer_start = start;
7517         }
7518
7519         /* Make sure the range is really isolated. */
7520         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7521                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7522                         __func__, outer_start, end);
7523                 ret = -EBUSY;
7524                 goto done;
7525         }
7526
7527         /* Grab isolated pages from freelists. */
7528         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7529         if (!outer_end) {
7530                 ret = -EBUSY;
7531                 goto done;
7532         }
7533
7534         /* Free head and tail (if any) */
7535         if (start != outer_start)
7536                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7537         if (end != outer_end)
7538                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7539
7540 done:
7541         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7542                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7543         return ret;
7544 }
7545
7546 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7547 {
7548         unsigned int count = 0;
7549
7550         for (; nr_pages--; pfn++) {
7551                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7552
7553                 count += page_count(page) != 1;
7554                 __free_page(page);
7555         }
7556         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7557 }
7558 #endif
7559
7560 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7561 /*
7562  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7563  * page high values need to be recalulated.
7564  */
7565 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7566 {
7567         unsigned cpu;
7568         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7569         for_each_possible_cpu(cpu)
7570                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7571                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7572         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7573 }
7574 #endif
7575
7576 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7577 {
7578         unsigned long flags;
7579         int cpu;
7580         struct per_cpu_pageset *pset;
7581
7582         /* avoid races with drain_pages()  */
7583         local_irq_save(flags);
7584         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7585                 for_each_online_cpu(cpu) {
7586                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7587                         drain_zonestat(zone, pset);
7588                 }
7589                 free_percpu(zone->pageset);
7590                 zone->pageset = &boot_pageset;
7591         }
7592         local_irq_restore(flags);
7593 }
7594
7595 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7596 /*
7597  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7598  * before calling this.
7599  */
7600 void
7601 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7602 {
7603         struct page *page;
7604         struct zone *zone;
7605         unsigned int order, i;
7606         unsigned long pfn;
7607         unsigned long flags;
7608         /* find the first valid pfn */
7609         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7610                 if (pfn_valid(pfn))
7611                         break;
7612         if (pfn == end_pfn)
7613                 return;
7614         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7615         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7616         pfn = start_pfn;
7617         while (pfn < end_pfn) {
7618                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7619                         pfn++;
7620                         continue;
7621                 }
7622                 page = pfn_to_page(pfn);
7623                 /*
7624                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7625                  * page_count() is not 0.
7626                  */
7627                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7628                         pfn++;
7629                         SetPageReserved(page);
7630                         continue;
7631                 }
7632
7633                 BUG_ON(page_count(page));
7634                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7635                 order = page_order(page);
7636 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7637                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7638                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7639 #endif
7640                 list_del(&page->lru);
7641                 rmv_page_order(page);
7642                 zone->free_area[order].nr_free--;
7643                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7644                         SetPageReserved((page+i));
7645                 pfn += (1 << order);
7646         }
7647         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7648 }
7649 #endif
7650
7651 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7652 {
7653         struct zone *zone = page_zone(page);
7654         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7655         unsigned long flags;
7656         unsigned int order;
7657
7658         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7659         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7660                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7661
7662                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7663                         break;
7664         }
7665         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7666
7667         return order < MAX_ORDER;
7668 }