]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - mm/page_alloc.c
Merge tag 'for-f2fs-4.12' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jaegeuk...
[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 #include <linux/ftrace.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
85 /*
86  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
87  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
88  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
89  * defined in <linux/topology.h>.
90  */
91 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
92 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
93 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
94 #endif
95
96 /* work_structs for global per-cpu drains */
97 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
98 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
99
100 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
101 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
102 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
103 #endif
104
105 /*
106  * Array of node states.
107  */
108 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
109         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
110         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
111 #ifndef CONFIG_NUMA
112         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
114         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #endif
116 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
117         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
158  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
159  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
160  */
161
162 static gfp_t saved_gfp_mask;
163
164 void pm_restore_gfp_mask(void)
165 {
166         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
167         if (saved_gfp_mask) {
168                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
169                 saved_gfp_mask = 0;
170         }
171 }
172
173 void pm_restrict_gfp_mask(void)
174 {
175         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
176         WARN_ON(saved_gfp_mask);
177         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
178         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
179 }
180
181 bool pm_suspended_storage(void)
182 {
183         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
184                 return false;
185         return true;
186 }
187 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
188
189 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
190 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
191 #endif
192
193 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
194
195 /*
196  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
197  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
198  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
199  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
200  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
201  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
202  *
203  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
204  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
205  */
206 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
207 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
208          256,
209 #endif
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
211          256,
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
214          32,
215 #endif
216          32,
217 };
218
219 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
220
221 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
223          "DMA",
224 #endif
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
226          "DMA32",
227 #endif
228          "Normal",
229 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
230          "HighMem",
231 #endif
232          "Movable",
233 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
234          "Device",
235 #endif
236 };
237
238 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
239         "Unmovable",
240         "Movable",
241         "Reclaimable",
242         "HighAtomic",
243 #ifdef CONFIG_CMA
244         "CMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
247         "Isolate",
248 #endif
249 };
250
251 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
252         NULL,
253         free_compound_page,
254 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
255         free_huge_page,
256 #endif
257 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
258         free_transhuge_page,
259 #endif
260 };
261
262 int min_free_kbytes = 1024;
263 int user_min_free_kbytes = -1;
264 int watermark_scale_factor = 10;
265
266 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
267 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
268 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
269
270 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
271 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
272 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
273 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
274 static unsigned long __initdata required_movablecore;
275 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
276 static bool mirrored_kernelcore;
277
278 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
279 int movable_zone;
280 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
281 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
282
283 #if MAX_NUMNODES > 1
284 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
285 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
286 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
287 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
288 #endif
289
290 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
291
292 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
293 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
294 {
295         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
296 }
297
298 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
299 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
300 {
301         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
302
303         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
304                 return true;
305
306         return false;
307 }
308
309 /*
310  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
311  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
312  */
313 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
314                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
315                                 unsigned long *nr_initialised)
316 {
317         unsigned long max_initialise;
318
319         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
320         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
321                 return true;
322         /*
323          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
324          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
325          */
326         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
327                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
328
329         (*nr_initialised)++;
330         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
331             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
332                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
333                 return false;
334         }
335
336         return true;
337 }
338 #else
339 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
340 {
341 }
342
343 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
344 {
345         return false;
346 }
347
348 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
349                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
350                                 unsigned long *nr_initialised)
351 {
352         return true;
353 }
354 #endif
355
356 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
357 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
358                                                         unsigned long pfn)
359 {
360 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
361         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
362 #else
363         return page_zone(page)->pageblock_flags;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
368 {
369 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
370         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
371         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
372 #else
373         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
374         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
375 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
376 }
377
378 /**
379  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
380  * @page: The page within the block of interest
381  * @pfn: The target page frame number
382  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
383  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
384  *
385  * Return: pageblock_bits flags
386  */
387 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
388                                         unsigned long pfn,
389                                         unsigned long end_bitidx,
390                                         unsigned long mask)
391 {
392         unsigned long *bitmap;
393         unsigned long bitidx, word_bitidx;
394         unsigned long word;
395
396         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
397         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
398         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
399         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
400
401         word = bitmap[word_bitidx];
402         bitidx += end_bitidx;
403         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
404 }
405
406 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
407                                         unsigned long end_bitidx,
408                                         unsigned long mask)
409 {
410         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
411 }
412
413 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
414 {
415         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
416 }
417
418 /**
419  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
420  * @page: The page within the block of interest
421  * @flags: The flags to set
422  * @pfn: The target page frame number
423  * @end_bitidx: The last bit of interest
424  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
425  */
426 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
427                                         unsigned long pfn,
428                                         unsigned long end_bitidx,
429                                         unsigned long mask)
430 {
431         unsigned long *bitmap;
432         unsigned long bitidx, word_bitidx;
433         unsigned long old_word, word;
434
435         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
436
437         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
438         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
439         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
440         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
441
442         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
443
444         bitidx += end_bitidx;
445         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
447
448         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
449         for (;;) {
450                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
451                 if (word == old_word)
452                         break;
453                 word = old_word;
454         }
455 }
456
457 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
458 {
459         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
460                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
461                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
462
463         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
464                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
465 }
466
467 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
468 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
469 {
470         int ret = 0;
471         unsigned seq;
472         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
473         unsigned long sp, start_pfn;
474
475         do {
476                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
477                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
478                 sp = zone->spanned_pages;
479                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
480                         ret = 1;
481         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
482
483         if (ret)
484                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
485                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
486                         start_pfn, start_pfn + sp);
487
488         return ret;
489 }
490
491 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
492 {
493         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
494                 return 0;
495         if (zone != page_zone(page))
496                 return 0;
497
498         return 1;
499 }
500 /*
501  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
502  */
503 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
504 {
505         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
506                 return 1;
507         if (!page_is_consistent(zone, page))
508                 return 1;
509
510         return 0;
511 }
512 #else
513 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
514 {
515         return 0;
516 }
517 #endif
518
519 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
520                 unsigned long bad_flags)
521 {
522         static unsigned long resume;
523         static unsigned long nr_shown;
524         static unsigned long nr_unshown;
525
526         /*
527          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
528          * or allow a steady drip of one report per second.
529          */
530         if (nr_shown == 60) {
531                 if (time_before(jiffies, resume)) {
532                         nr_unshown++;
533                         goto out;
534                 }
535                 if (nr_unshown) {
536                         pr_alert(
537                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
538                                 nr_unshown);
539                         nr_unshown = 0;
540                 }
541                 nr_shown = 0;
542         }
543         if (nr_shown++ == 0)
544                 resume = jiffies + 60 * HZ;
545
546         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
547                 current->comm, page_to_pfn(page));
548         __dump_page(page, reason);
549         bad_flags &= page->flags;
550         if (bad_flags)
551                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
552                                                 bad_flags, &bad_flags);
553         dump_page_owner(page);
554
555         print_modules();
556         dump_stack();
557 out:
558         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
559         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
560         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
561 }
562
563 /*
564  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
565  *
566  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
567  *
568  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
569  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
570  *
571  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
572  * page destructors. See compound_page_dtors.
573  *
574  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
575  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
576  */
577
578 void free_compound_page(struct page *page)
579 {
580         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
581 }
582
583 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
584 {
585         int i;
586         int nr_pages = 1 << order;
587
588         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
589         set_compound_order(page, order);
590         __SetPageHead(page);
591         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
592                 struct page *p = page + i;
593                 set_page_count(p, 0);
594                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
595                 set_compound_head(p, page);
596         }
597         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
598 }
599
600 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
601 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
602 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
603                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
604 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
605 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
606
607 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
608 {
609         if (!buf)
610                 return -EINVAL;
611         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
612 }
613 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
614
615 static bool need_debug_guardpage(void)
616 {
617         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return false;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return false;
623
624         return true;
625 }
626
627 static void init_debug_guardpage(void)
628 {
629         if (!debug_pagealloc_enabled())
630                 return;
631
632         if (!debug_guardpage_minorder())
633                 return;
634
635         _debug_guardpage_enabled = true;
636 }
637
638 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
639         .need = need_debug_guardpage,
640         .init = init_debug_guardpage,
641 };
642
643 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
644 {
645         unsigned long res;
646
647         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
648                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
649                 return 0;
650         }
651         _debug_guardpage_minorder = res;
652         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
653         return 0;
654 }
655 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
656
657 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
658                                 unsigned int order, int migratetype)
659 {
660         struct page_ext *page_ext;
661
662         if (!debug_guardpage_enabled())
663                 return false;
664
665         if (order >= debug_guardpage_minorder())
666                 return false;
667
668         page_ext = lookup_page_ext(page);
669         if (unlikely(!page_ext))
670                 return false;
671
672         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
675         set_page_private(page, order);
676         /* Guard pages are not available for any usage */
677         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
678
679         return true;
680 }
681
682 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
683                                 unsigned int order, int migratetype)
684 {
685         struct page_ext *page_ext;
686
687         if (!debug_guardpage_enabled())
688                 return;
689
690         page_ext = lookup_page_ext(page);
691         if (unlikely(!page_ext))
692                 return;
693
694         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
695
696         set_page_private(page, 0);
697         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
698                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
699 }
700 #else
701 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
702 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
703                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
704 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
705                                 unsigned int order, int migratetype) {}
706 #endif
707
708 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
709 {
710         set_page_private(page, order);
711         __SetPageBuddy(page);
712 }
713
714 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
715 {
716         __ClearPageBuddy(page);
717         set_page_private(page, 0);
718 }
719
720 /*
721  * This function checks whether a page is free && is the buddy
722  * we can do coalesce a page and its buddy if
723  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
724  * (b) the buddy is in the buddy system &&
725  * (c) a page and its buddy have the same order &&
726  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
727  *
728  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
729  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
730  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
731  * serialized by zone->lock.
732  *
733  * For recording page's order, we use page_private(page).
734  */
735 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
736                                                         unsigned int order)
737 {
738         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
740                         return 0;
741
742                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
743
744                 return 1;
745         }
746
747         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
748                 /*
749                  * zone check is done late to avoid uselessly
750                  * calculating zone/node ids for pages that could
751                  * never merge.
752                  */
753                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
754                         return 0;
755
756                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
757
758                 return 1;
759         }
760         return 0;
761 }
762
763 /*
764  * Freeing function for a buddy system allocator.
765  *
766  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
767  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
768  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
769  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
770  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
771  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
772  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
773  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
774  * parts of the VM system.
775  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
776  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
777  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
778  * field.
779  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
780  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
781  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
782  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
783  * triggers coalescing into a block of larger size.
784  *
785  * -- nyc
786  */
787
788 static inline void __free_one_page(struct page *page,
789                 unsigned long pfn,
790                 struct zone *zone, unsigned int order,
791                 int migratetype)
792 {
793         unsigned long combined_pfn;
794         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
795         struct page *buddy;
796         unsigned int max_order;
797
798         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
799
800         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
801         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
802
803         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
804         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
805                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
806
807         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
808         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
809
810 continue_merging:
811         while (order < max_order - 1) {
812                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
813                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
814
815                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
816                         goto done_merging;
817                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
818                         goto done_merging;
819                 /*
820                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
821                  * merge with it and move up one order.
822                  */
823                 if (page_is_guard(buddy)) {
824                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
825                 } else {
826                         list_del(&buddy->lru);
827                         zone->free_area[order].nr_free--;
828                         rmv_page_order(buddy);
829                 }
830                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
831                 page = page + (combined_pfn - pfn);
832                 pfn = combined_pfn;
833                 order++;
834         }
835         if (max_order < MAX_ORDER) {
836                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
837                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
838                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
839                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
840                  *
841                  * We don't want to hit this code for the more frequent
842                  * low-order merging.
843                  */
844                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
845                         int buddy_mt;
846
847                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
848                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
849                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
850
851                         if (migratetype != buddy_mt
852                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
853                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
854                                 goto done_merging;
855                 }
856                 max_order++;
857                 goto continue_merging;
858         }
859
860 done_merging:
861         set_page_order(page, order);
862
863         /*
864          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
865          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
866          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
867          * that is happening, add the free page to the tail of the list
868          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
869          * as a higher order page
870          */
871         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
872                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
873                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
874                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
875                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
876                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
877                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
878                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
879                         list_add_tail(&page->lru,
880                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
881                         goto out;
882                 }
883         }
884
885         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
886 out:
887         zone->free_area[order].nr_free++;
888 }
889
890 /*
891  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
892  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
893  * check if necessary.
894  */
895 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
896                                         unsigned long check_flags)
897 {
898         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
899                 return false;
900
901         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
902                         page_ref_count(page) |
903 #ifdef CONFIG_MEMCG
904                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
905 #endif
906                         (page->flags & check_flags)))
907                 return false;
908
909         return true;
910 }
911
912 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
913 {
914         const char *bad_reason;
915         unsigned long bad_flags;
916
917         bad_reason = NULL;
918         bad_flags = 0;
919
920         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
921                 bad_reason = "nonzero mapcount";
922         if (unlikely(page->mapping != NULL))
923                 bad_reason = "non-NULL mapping";
924         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
925                 bad_reason = "nonzero _refcount";
926         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
927                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
928                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
929         }
930 #ifdef CONFIG_MEMCG
931         if (unlikely(page->mem_cgroup))
932                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
933 #endif
934         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
935 }
936
937 static inline int free_pages_check(struct page *page)
938 {
939         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
940                 return 0;
941
942         /* Something has gone sideways, find it */
943         free_pages_check_bad(page);
944         return 1;
945 }
946
947 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
948 {
949         int ret = 1;
950
951         /*
952          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
953          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
954          */
955         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
956
957         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
958                 ret = 0;
959                 goto out;
960         }
961         switch (page - head_page) {
962         case 1:
963                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
964                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
965                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
966                         goto out;
967                 }
968                 break;
969         case 2:
970                 /*
971                  * the second tail page: ->mapping is
972                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
973                  */
974                 break;
975         default:
976                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
977                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
978                         goto out;
979                 }
980                 break;
981         }
982         if (unlikely(!PageTail(page))) {
983                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
984                 goto out;
985         }
986         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
987                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
988                 goto out;
989         }
990         ret = 0;
991 out:
992         page->mapping = NULL;
993         clear_compound_head(page);
994         return ret;
995 }
996
997 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
998                                         unsigned int order, bool check_free)
999 {
1000         int bad = 0;
1001
1002         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1003
1004         trace_mm_page_free(page, order);
1005         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1006
1007         /*
1008          * Check tail pages before head page information is cleared to
1009          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1010          */
1011         if (unlikely(order)) {
1012                 bool compound = PageCompound(page);
1013                 int i;
1014
1015                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1016
1017                 if (compound)
1018                         ClearPageDoubleMap(page);
1019                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1020                         if (compound)
1021                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1022                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1023                                 bad++;
1024                                 continue;
1025                         }
1026                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1027                 }
1028         }
1029         if (PageMappingFlags(page))
1030                 page->mapping = NULL;
1031         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1032                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1033         if (check_free)
1034                 bad += free_pages_check(page);
1035         if (bad)
1036                 return false;
1037
1038         page_cpupid_reset_last(page);
1039         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1040         reset_page_owner(page, order);
1041
1042         if (!PageHighMem(page)) {
1043                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1044                                            PAGE_SIZE << order);
1045                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1046                                            PAGE_SIZE << order);
1047         }
1048         arch_free_page(page, order);
1049         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1051         kasan_free_pages(page, order);
1052
1053         return true;
1054 }
1055
1056 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1057 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1060 }
1061
1062 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1063 {
1064         return false;
1065 }
1066 #else
1067 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1070 }
1071
1072 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1073 {
1074         return free_pages_check(page);
1075 }
1076 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1077
1078 /*
1079  * Frees a number of pages from the PCP lists
1080  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1081  * count is the number of pages to free.
1082  *
1083  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1084  * see if this freeing clears that state.
1085  *
1086  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1087  * pinned" detection logic.
1088  */
1089 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1090                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1091 {
1092         int migratetype = 0;
1093         int batch_free = 0;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock(&zone->lock);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098
1099         while (count) {
1100                 struct page *page;
1101                 struct list_head *list;
1102
1103                 /*
1104                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1105                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1106                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1107                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1108                  * lists
1109                  */
1110                 do {
1111                         batch_free++;
1112                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1113                                 migratetype = 0;
1114                         list = &pcp->lists[migratetype];
1115                 } while (list_empty(list));
1116
1117                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1118                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1119                         batch_free = count;
1120
1121                 do {
1122                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1123
1124                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1125                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1126                         list_del(&page->lru);
1127
1128                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1129                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1130                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1131                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1132                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1133                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1134
1135                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1136                                 continue;
1137
1138                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1139                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1140                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1141         }
1142         spin_unlock(&zone->lock);
1143 }
1144
1145 static void free_one_page(struct zone *zone,
1146                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1147                                 unsigned int order,
1148                                 int migratetype)
1149 {
1150         spin_lock(&zone->lock);
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled();
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750
1751         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1752
1753         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1754                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1755                         clear_highpage(page + i);
1756
1757         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1758                 prep_compound_page(page, order);
1759
1760         /*
1761          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1762          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1763          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1764          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1765          */
1766         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1767                 set_page_pfmemalloc(page);
1768         else
1769                 clear_page_pfmemalloc(page);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1774  * the smallest available page from the freelists
1775  */
1776 static inline
1777 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1778                                                 int migratetype)
1779 {
1780         unsigned int current_order;
1781         struct free_area *area;
1782         struct page *page;
1783
1784         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1785         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1786                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1787                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1788                                                         struct page, lru);
1789                 if (!page)
1790                         continue;
1791                 list_del(&page->lru);
1792                 rmv_page_order(page);
1793                 area->nr_free--;
1794                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1795                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1796                 return page;
1797         }
1798
1799         return NULL;
1800 }
1801
1802
1803 /*
1804  * This array describes the order lists are fallen back to when
1805  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1806  */
1807 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1808         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1809         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1810         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1811 #ifdef CONFIG_CMA
1812         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1813 #endif
1814 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1815         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1816 #endif
1817 };
1818
1819 #ifdef CONFIG_CMA
1820 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1821                                         unsigned int order)
1822 {
1823         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1824 }
1825 #else
1826 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1827                                         unsigned int order) { return NULL; }
1828 #endif
1829
1830 /*
1831  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1832  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1833  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1834  */
1835 int move_freepages(struct zone *zone,
1836                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1837                           int migratetype)
1838 {
1839         struct page *page;
1840         unsigned int order;
1841         int pages_moved = 0;
1842
1843 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1844         /*
1845          * page_zone is not safe to call in this context when
1846          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1847          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1848          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1849          * grouping pages by mobility
1850          */
1851         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1852 #endif
1853
1854         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1855                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1856                         page++;
1857                         continue;
1858                 }
1859
1860                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1861                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1862
1863                 if (!PageBuddy(page)) {
1864                         page++;
1865                         continue;
1866                 }
1867
1868                 order = page_order(page);
1869                 list_move(&page->lru,
1870                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1871                 page += 1 << order;
1872                 pages_moved += 1 << order;
1873         }
1874
1875         return pages_moved;
1876 }
1877
1878 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1879                                 int migratetype)
1880 {
1881         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1882         struct page *start_page, *end_page;
1883
1884         start_pfn = page_to_pfn(page);
1885         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1886         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1887         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1888         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1889
1890         /* Do not cross zone boundaries */
1891         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1892                 start_page = page;
1893         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1894                 return 0;
1895
1896         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1897 }
1898
1899 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1900                                         int start_order, int migratetype)
1901 {
1902         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1903
1904         while (nr_pageblocks--) {
1905                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1906                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1907         }
1908 }
1909
1910 /*
1911  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1912  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1913  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1914  *
1915  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1916  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1917  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1918  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1919  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1920  * pageblocks.
1921  */
1922 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1923 {
1924         /*
1925          * Leaving this order check is intended, although there is
1926          * relaxed order check in next check. The reason is that
1927          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1928          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1929          * so could be changed anytime.
1930          */
1931         if (order >= pageblock_order)
1932                 return true;
1933
1934         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1935                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1936                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1937                 page_group_by_mobility_disabled)
1938                 return true;
1939
1940         return false;
1941 }
1942
1943 /*
1944  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1945  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1946  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1947  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1948  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1949  */
1950 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1951                                                           int start_type)
1952 {
1953         unsigned int current_order = page_order(page);
1954         int pages;
1955
1956         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1957         if (current_order >= pageblock_order) {
1958                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1959                 return;
1960         }
1961
1962         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1963
1964         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1965         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1966                         page_group_by_mobility_disabled)
1967                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1968 }
1969
1970 /*
1971  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1972  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1973  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1974  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1975  */
1976 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1977                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1978 {
1979         int i;
1980         int fallback_mt;
1981
1982         if (area->nr_free == 0)
1983                 return -1;
1984
1985         *can_steal = false;
1986         for (i = 0;; i++) {
1987                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1988                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1989                         break;
1990
1991                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1992                         continue;
1993
1994                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1995                         *can_steal = true;
1996
1997                 if (!only_stealable)
1998                         return fallback_mt;
1999
2000                 if (*can_steal)
2001                         return fallback_mt;
2002         }
2003
2004         return -1;
2005 }
2006
2007 /*
2008  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2009  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2010  */
2011 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2012                                 unsigned int alloc_order)
2013 {
2014         int mt;
2015         unsigned long max_managed, flags;
2016
2017         /*
2018          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2019          * Check is race-prone but harmless.
2020          */
2021         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2022         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2023                 return;
2024
2025         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2026
2027         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2028         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2029                 goto out_unlock;
2030
2031         /* Yoink! */
2032         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2033         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2034             && !is_migrate_cma(mt)) {
2035                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2036                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2037                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2038         }
2039
2040 out_unlock:
2041         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2042 }
2043
2044 /*
2045  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2046  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2047  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2048  * to recover from than an OOM.
2049  *
2050  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2051  * pageblock is exhausted.
2052  */
2053 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2054                                                 bool force)
2055 {
2056         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2057         unsigned long flags;
2058         struct zoneref *z;
2059         struct zone *zone;
2060         struct page *page;
2061         int order;
2062         bool ret;
2063
2064         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2065                                                                 ac->nodemask) {
2066                 /*
2067                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2068                  * is really high.
2069                  */
2070                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2071                                         pageblock_nr_pages)
2072                         continue;
2073
2074                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2075                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2076                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2077
2078                         page = list_first_entry_or_null(
2079                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2080                                         struct page, lru);
2081                         if (!page)
2082                                 continue;
2083
2084                         /*
2085                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2086                          * we can counter several free pages in a pageblock
2087                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2088                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2089                          * adjust the count once.
2090                          */
2091                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2092                                 /*
2093                                  * It should never happen but changes to
2094                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2095                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2096                                  * while unreserving so be safe and watch for
2097                                  * underflows.
2098                                  */
2099                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2100                                                 pageblock_nr_pages,
2101                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2102                         }
2103
2104                         /*
2105                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2106                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2107                          * is doing the work and needs the pages. More
2108                          * importantly, if the block was always converted to
2109                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2110                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2111                          * may increase.
2112                          */
2113                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2114                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2115                         if (ret) {
2116                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2117                                 return ret;
2118                         }
2119                 }
2120                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2121         }
2122
2123         return false;
2124 }
2125
2126 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2127 static inline struct page *
2128 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2129 {
2130         struct free_area *area;
2131         unsigned int current_order;
2132         struct page *page;
2133         int fallback_mt;
2134         bool can_steal;
2135
2136         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2137         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2138                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2139                                 --current_order) {
2140                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2141                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2142                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2143                 if (fallback_mt == -1)
2144                         continue;
2145
2146                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2147                                                 struct page, lru);
2148                 if (can_steal && !is_migrate_highatomic_page(page))
2149                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2150
2151                 /* Remove the page from the freelists */
2152                 area->nr_free--;
2153                 list_del(&page->lru);
2154                 rmv_page_order(page);
2155
2156                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2157                                         start_migratetype);
2158                 /*
2159                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2160                  * migratetype depending on the decisions in
2161                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2162                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2163                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2164                  */
2165                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2166
2167                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2168                         start_migratetype, fallback_mt);
2169
2170                 return page;
2171         }
2172
2173         return NULL;
2174 }
2175
2176 /*
2177  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2178  * Call me with the zone->lock already held.
2179  */
2180 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2181                                 int migratetype)
2182 {
2183         struct page *page;
2184
2185         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2186         if (unlikely(!page)) {
2187                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2188                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2189
2190                 if (!page)
2191                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2192         }
2193
2194         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2195         return page;
2196 }
2197
2198 /*
2199  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2200  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2201  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2202  */
2203 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2204                         unsigned long count, struct list_head *list,
2205                         int migratetype, bool cold)
2206 {
2207         int i, alloced = 0;
2208
2209         spin_lock(&zone->lock);
2210         for (i = 0; i < count; ++i) {
2211                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2212                 if (unlikely(page == NULL))
2213                         break;
2214
2215                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2216                         continue;
2217
2218                 /*
2219                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2220                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2221                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2222                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2223                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2224                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2225                  * properly.
2226                  */
2227                 if (likely(!cold))
2228                         list_add(&page->lru, list);
2229                 else
2230                         list_add_tail(&page->lru, list);
2231                 list = &page->lru;
2232                 alloced++;
2233                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2234                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2235                                               -(1 << order));
2236         }
2237
2238         /*
2239          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2240          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2241          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2242          * pages added to the pcp list.
2243          */
2244         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2245         spin_unlock(&zone->lock);
2246         return alloced;
2247 }
2248
2249 #ifdef CONFIG_NUMA
2250 /*
2251  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2252  * currently executing processor on remote nodes after they have
2253  * expired.
2254  *
2255  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2256  * a single processor.
2257  */
2258 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2259 {
2260         unsigned long flags;
2261         int to_drain, batch;
2262
2263         local_irq_save(flags);
2264         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2265         to_drain = min(pcp->count, batch);
2266         if (to_drain > 0) {
2267                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2268                 pcp->count -= to_drain;
2269         }
2270         local_irq_restore(flags);
2271 }
2272 #endif
2273
2274 /*
2275  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2276  *
2277  * The processor must either be the current processor and the
2278  * thread pinned to the current processor or a processor that
2279  * is not online.
2280  */
2281 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2282 {
2283         unsigned long flags;
2284         struct per_cpu_pageset *pset;
2285         struct per_cpu_pages *pcp;
2286
2287         local_irq_save(flags);
2288         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2289
2290         pcp = &pset->pcp;
2291         if (pcp->count) {
2292                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2293                 pcp->count = 0;
2294         }
2295         local_irq_restore(flags);
2296 }
2297
2298 /*
2299  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2300  *
2301  * The processor must either be the current processor and the
2302  * thread pinned to the current processor or a processor that
2303  * is not online.
2304  */
2305 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2306 {
2307         struct zone *zone;
2308
2309         for_each_populated_zone(zone) {
2310                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2311         }
2312 }
2313
2314 /*
2315  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2316  *
2317  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2318  * the single zone's pages.
2319  */
2320 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2321 {
2322         int cpu = smp_processor_id();
2323
2324         if (zone)
2325                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2326         else
2327                 drain_pages(cpu);
2328 }
2329
2330 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2331 {
2332         /*
2333          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2334          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2335          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2336          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2337          * a different one.
2338          */
2339         preempt_disable();
2340         drain_local_pages(NULL);
2341         preempt_enable();
2342 }
2343
2344 /*
2345  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2346  *
2347  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2348  *
2349  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2350  */
2351 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2352 {
2353         int cpu;
2354
2355         /*
2356          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2357          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2358          */
2359         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2360
2361         /*
2362          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2363          * initialized.
2364          */
2365         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2366                 return;
2367
2368         /* Workqueues cannot recurse */
2369         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2370                 return;
2371
2372         /*
2373          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2374          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2375          * the drain to be complete when the call returns.
2376          */
2377         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2378                 if (!zone)
2379                         return;
2380                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2381         }
2382
2383         /*
2384          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2385          * as offline notification will cause the notified
2386          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2387          * disables preemption as part of its processing
2388          */
2389         for_each_online_cpu(cpu) {
2390                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2391                 struct zone *z;
2392                 bool has_pcps = false;
2393
2394                 if (zone) {
2395                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2396                         if (pcp->pcp.count)
2397                                 has_pcps = true;
2398                 } else {
2399                         for_each_populated_zone(z) {
2400                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2401                                 if (pcp->pcp.count) {
2402                                         has_pcps = true;
2403                                         break;
2404                                 }
2405                         }
2406                 }
2407
2408                 if (has_pcps)
2409                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2410                 else
2411                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2412         }
2413
2414         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2415                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2416                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2417                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2418         }
2419         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2420                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2421
2422         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2423 }
2424
2425 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2426
2427 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2428 {
2429         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2430         unsigned long flags;
2431         unsigned int order, t;
2432         struct page *page;
2433
2434         if (zone_is_empty(zone))
2435                 return;
2436
2437         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2438
2439         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2440         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2441                 if (pfn_valid(pfn)) {
2442                         page = pfn_to_page(pfn);
2443
2444                         if (page_zone(page) != zone)
2445                                 continue;
2446
2447                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2448                                 swsusp_unset_page_free(page);
2449                 }
2450
2451         for_each_migratetype_order(order, t) {
2452                 list_for_each_entry(page,
2453                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2454                         unsigned long i;
2455
2456                         pfn = page_to_pfn(page);
2457                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2458                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2459                 }
2460         }
2461         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2462 }
2463 #endif /* CONFIG_PM */
2464
2465 /*
2466  * Free a 0-order page
2467  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2468  */
2469 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2470 {
2471         struct zone *zone = page_zone(page);
2472         struct per_cpu_pages *pcp;
2473         unsigned long flags;
2474         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2475         int migratetype;
2476
2477         if (!free_pcp_prepare(page))
2478                 return;
2479
2480         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2481         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2482         local_irq_save(flags);
2483         __count_vm_event(PGFREE);
2484
2485         /*
2486          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2487          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2488          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2489          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2490          * excessively into the page allocator
2491          */
2492         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2493                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2494                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2495                         goto out;
2496                 }
2497                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2498         }
2499
2500         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2501         if (!cold)
2502                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2503         else
2504                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2505         pcp->count++;
2506         if (pcp->count >= pcp->high) {
2507                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2508                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2509                 pcp->count -= batch;
2510         }
2511
2512 out:
2513         local_irq_restore(flags);
2514 }
2515
2516 /*
2517  * Free a list of 0-order pages
2518  */
2519 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2520 {
2521         struct page *page, *next;
2522
2523         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2524                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2525                 free_hot_cold_page(page, cold);
2526         }
2527 }
2528
2529 /*
2530  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2531  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2532  * Each sub-page must be freed individually.
2533  *
2534  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2535  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2536  */
2537 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2538 {
2539         int i;
2540
2541         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2542         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2543
2544 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2545         /*
2546          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2547          * otherwise free the whole shadow.
2548          */
2549         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2550                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2551 #endif
2552
2553         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2554                 set_page_refcounted(page + i);
2555         split_page_owner(page, order);
2556 }
2557 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2558
2559 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2560 {
2561         unsigned long watermark;
2562         struct zone *zone;
2563         int mt;
2564
2565         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2566
2567         zone = page_zone(page);
2568         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2569
2570         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2571                 /*
2572                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2573                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2574                  * watermark, because we already know our high-order page
2575                  * exists.
2576                  */
2577                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2578                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2579                         return 0;
2580
2581                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2582         }
2583
2584         /* Remove page from free list */
2585         list_del(&page->lru);
2586         zone->free_area[order].nr_free--;
2587         rmv_page_order(page);
2588
2589         /*
2590          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2591          * pageblock
2592          */
2593         if (order >= pageblock_order - 1) {
2594                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2595                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2596                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2597                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2598                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2599                                 set_pageblock_migratetype(page,
2600                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2601                 }
2602         }
2603
2604
2605         return 1UL << order;
2606 }
2607
2608 /*
2609  * Update NUMA hit/miss statistics
2610  *
2611  * Must be called with interrupts disabled.
2612  */
2613 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2614 {
2615 #ifdef CONFIG_NUMA
2616         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2617
2618         if (z->node != numa_node_id())
2619                 local_stat = NUMA_OTHER;
2620
2621         if (z->node == preferred_zone->node)
2622                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2623         else {
2624                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2625                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2626         }
2627         __inc_zone_state(z, local_stat);
2628 #endif
2629 }
2630
2631 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2632 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2633                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2634                         struct list_head *list)
2635 {
2636         struct page *page;
2637
2638         do {
2639                 if (list_empty(list)) {
2640                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2641                                         pcp->batch, list,
2642                                         migratetype, cold);
2643                         if (unlikely(list_empty(list)))
2644                                 return NULL;
2645                 }
2646
2647                 if (cold)
2648                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2649                 else
2650                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2651
2652                 list_del(&page->lru);
2653                 pcp->count--;
2654         } while (check_new_pcp(page));
2655
2656         return page;
2657 }
2658
2659 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2660 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2661                         struct zone *zone, unsigned int order,
2662                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2663 {
2664         struct per_cpu_pages *pcp;
2665         struct list_head *list;
2666         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2667         struct page *page;
2668         unsigned long flags;
2669
2670         local_irq_save(flags);
2671         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2672         list = &pcp->lists[migratetype];
2673         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2674         if (page) {
2675                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2676                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2677         }
2678         local_irq_restore(flags);
2679         return page;
2680 }
2681
2682 /*
2683  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2684  */
2685 static inline
2686 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2687                         struct zone *zone, unsigned int order,
2688                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2689                         int migratetype)
2690 {
2691         unsigned long flags;
2692         struct page *page;
2693
2694         if (likely(order == 0)) {
2695                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2696                                 gfp_flags, migratetype);
2697                 goto out;
2698         }
2699
2700         /*
2701          * We most definitely don't want callers attempting to
2702          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2703          */
2704         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2705         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2706
2707         do {
2708                 page = NULL;
2709                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2710                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2711                         if (page)
2712                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2713                 }
2714                 if (!page)
2715                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2716         } while (page && check_new_pages(page, order));
2717         spin_unlock(&zone->lock);
2718         if (!page)
2719                 goto failed;
2720         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2721                                   get_pcppage_migratetype(page));
2722
2723         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2724         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2725         local_irq_restore(flags);
2726
2727 out:
2728         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2729         return page;
2730
2731 failed:
2732         local_irq_restore(flags);
2733         return NULL;
2734 }
2735
2736 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2737
2738 static struct {
2739         struct fault_attr attr;
2740
2741         bool ignore_gfp_highmem;
2742         bool ignore_gfp_reclaim;
2743         u32 min_order;
2744 } fail_page_alloc = {
2745         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2746         .ignore_gfp_reclaim = true,
2747         .ignore_gfp_highmem = true,
2748         .min_order = 1,
2749 };
2750
2751 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2752 {
2753         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2754 }
2755 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2756
2757 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2758 {
2759         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2760                 return false;
2761         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2762                 return false;
2763         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2764                 return false;
2765         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2766                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2767                 return false;
2768
2769         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2770 }
2771
2772 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2773
2774 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2775 {
2776         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2777         struct dentry *dir;
2778
2779         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2780                                         &fail_page_alloc.attr);
2781         if (IS_ERR(dir))
2782                 return PTR_ERR(dir);
2783
2784         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2785                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2786                 goto fail;
2787         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2788                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2789                 goto fail;
2790         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2791                                 &fail_page_alloc.min_order))
2792                 goto fail;
2793
2794         return 0;
2795 fail:
2796         debugfs_remove_recursive(dir);
2797
2798         return -ENOMEM;
2799 }
2800
2801 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2802
2803 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2804
2805 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2806
2807 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2808 {
2809         return false;
2810 }
2811
2812 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2813
2814 /*
2815  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2816  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2817  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2818  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2819  */
2820 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2821                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2822                          long free_pages)
2823 {
2824         long min = mark;
2825         int o;
2826         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2827
2828         /* free_pages may go negative - that's OK */
2829         free_pages -= (1 << order) - 1;
2830
2831         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2832                 min -= min / 2;
2833
2834         /*
2835          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2836          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2837          * atomic reserve but it avoids a search.
2838          */
2839         if (likely(!alloc_harder))
2840                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2841         else
2842                 min -= min / 4;
2843
2844 #ifdef CONFIG_CMA
2845         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2846         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2847                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2848 #endif
2849
2850         /*
2851          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2852          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2853          * even if a suitable page happened to be free.
2854          */
2855         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2856                 return false;
2857
2858         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2859         if (!order)
2860                 return true;
2861
2862         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2863         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2864                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2865                 int mt;
2866
2867                 if (!area->nr_free)
2868                         continue;
2869
2870                 if (alloc_harder)
2871                         return true;
2872
2873                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2874                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2875                                 return true;
2876                 }
2877
2878 #ifdef CONFIG_CMA
2879                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2880                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2881                         return true;
2882                 }
2883 #endif
2884         }
2885         return false;
2886 }
2887
2888 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2889                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2890 {
2891         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2892                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2893 }
2894
2895 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2896                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2897 {
2898         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2899         long cma_pages = 0;
2900
2901 #ifdef CONFIG_CMA
2902         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2903         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2904                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2905 #endif
2906
2907         /*
2908          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2909          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2910          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2911          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2912          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2913          */
2914         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2915                 return true;
2916
2917         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2918                                         free_pages);
2919 }
2920
2921 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2922                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2923 {
2924         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2925
2926         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2927                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2928
2929         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2930                                                                 free_pages);
2931 }
2932
2933 #ifdef CONFIG_NUMA
2934 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2935 {
2936         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2937                                 RECLAIM_DISTANCE;
2938 }
2939 #else   /* CONFIG_NUMA */
2940 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2941 {
2942         return true;
2943 }
2944 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2945
2946 /*
2947  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2948  * a page.
2949  */
2950 static struct page *
2951 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2952                                                 const struct alloc_context *ac)
2953 {
2954         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2955         struct zone *zone;
2956         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2957
2958         /*
2959          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2960          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2961          */
2962         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2963                                                                 ac->nodemask) {
2964                 struct page *page;
2965                 unsigned long mark;
2966
2967                 if (cpusets_enabled() &&
2968                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2969                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2970                                 continue;
2971                 /*
2972                  * When allocating a page cache page for writing, we
2973                  * want to get it from a node that is within its dirty
2974                  * limit, such that no single node holds more than its
2975                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2976                  * The dirty limits take into account the node's
2977                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2978                  * should be able to balance it without having to
2979                  * write pages from its LRU list.
2980                  *
2981                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2982                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2983                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2984                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2985                  * nodes are together not big enough to reach the
2986                  * global limit.  The proper fix for these situations
2987                  * will require awareness of nodes in the
2988                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2989                  */
2990                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2991                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2992                                 continue;
2993
2994                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2995                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2996                                 continue;
2997                         }
2998                 }
2999
3000                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3001                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3002                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3003                         int ret;
3004
3005                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3006                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3007                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3008                                 goto try_this_zone;
3009
3010                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3011                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3012                                 continue;
3013
3014                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3015                         switch (ret) {
3016                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3017                                 /* did not scan */
3018                                 continue;
3019                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3020                                 /* scanned but unreclaimable */
3021                                 continue;
3022                         default:
3023                                 /* did we reclaim enough */
3024                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3025                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3026                                         goto try_this_zone;
3027
3028                                 continue;
3029                         }
3030                 }
3031
3032 try_this_zone:
3033                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3034                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3035                 if (page) {
3036                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3037
3038                         /*
3039                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3040                          * if the pageblock should be reserved for the future
3041                          */
3042                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3043                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3044
3045                         return page;
3046                 }
3047         }
3048
3049         return NULL;
3050 }
3051
3052 /*
3053  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3054  * meminfo in irq context.
3055  */
3056 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3057 {
3058         bool ret = false;
3059
3060 #if NODES_SHIFT > 8
3061         ret = in_interrupt();
3062 #endif
3063         return ret;
3064 }
3065
3066 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3067 {
3068         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3069         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3070
3071         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3072                 return;
3073
3074         /*
3075          * This documents exceptions given to allocations in certain
3076          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3077          * of allowed nodes.
3078          */
3079         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3080                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3081                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3082                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3083         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3084                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3085
3086         show_mem(filter, nodemask);
3087 }
3088
3089 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3090 {
3091         struct va_format vaf;
3092         va_list args;
3093         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3094                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3095
3096         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3097                 return;
3098
3099         pr_warn("%s: ", current->comm);
3100
3101         va_start(args, fmt);
3102         vaf.fmt = fmt;
3103         vaf.va = &args;
3104         pr_cont("%pV", &vaf);
3105         va_end(args);
3106
3107         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3108         if (nodemask)
3109                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3110         else
3111                 pr_cont("(null)\n");
3112
3113         cpuset_print_current_mems_allowed();
3114
3115         dump_stack();
3116         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3117 }
3118
3119 static inline struct page *
3120 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3121                               unsigned int alloc_flags,
3122                               const struct alloc_context *ac)
3123 {
3124         struct page *page;
3125
3126         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3127                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3128         /*
3129          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3130          * are depleted
3131          */
3132         if (!page)
3133                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3134                                 alloc_flags, ac);
3135
3136         return page;
3137 }
3138
3139 static inline struct page *
3140 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3141         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3142 {
3143         struct oom_control oc = {
3144                 .zonelist = ac->zonelist,
3145                 .nodemask = ac->nodemask,
3146                 .memcg = NULL,
3147                 .gfp_mask = gfp_mask,
3148                 .order = order,
3149         };
3150         struct page *page;
3151
3152         *did_some_progress = 0;
3153
3154         /*
3155          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3156          * making progress for us.
3157          */
3158         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3159                 *did_some_progress = 1;
3160                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3161                 return NULL;
3162         }
3163
3164         /*
3165          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3166          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3167          * we're still under heavy pressure.
3168          */
3169         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3170                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3171         if (page)
3172                 goto out;
3173
3174         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3175         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3176                 goto out;
3177         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3178         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3179                 goto out;
3180         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3181         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3182                 goto out;
3183         if (pm_suspended_storage())
3184                 goto out;
3185         /*
3186          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3187          * other request to make a forward progress.
3188          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3189          * do much for this context but let's try it to at least get
3190          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3191          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3192          * failures more gracefully we should just bail out here.
3193          */
3194
3195         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3196         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3197                 goto out;
3198
3199         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3200         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3201                 *did_some_progress = 1;
3202
3203                 /*
3204                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3205                  * reserves
3206                  */
3207                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3208                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3209                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3210         }
3211 out:
3212         mutex_unlock(&oom_lock);
3213         return page;
3214 }
3215
3216 /*
3217  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3218  * killer is consider as the only way to move forward.
3219  */
3220 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3221
3222 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3223 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3224 static struct page *
3225 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3226                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3227                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3228 {
3229         struct page *page;
3230
3231         if (!order)
3232                 return NULL;
3233
3234         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3235         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3236                                                                         prio);
3237         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3238
3239         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3240                 return NULL;
3241
3242         /*
3243          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3244          * count a compaction stall
3245          */
3246         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3247
3248         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3249
3250         if (page) {
3251                 struct zone *zone = page_zone(page);
3252
3253                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3254                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3255                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3256                 return page;
3257         }
3258
3259         /*
3260          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3261          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3262          */
3263         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3264
3265         cond_resched();
3266
3267         return NULL;
3268 }
3269
3270 static inline bool
3271 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3272                      enum compact_result compact_result,
3273                      enum compact_priority *compact_priority,
3274                      int *compaction_retries)
3275 {
3276         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3277         int min_priority;
3278         bool ret = false;
3279         int retries = *compaction_retries;
3280         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3281
3282         if (!order)
3283                 return false;
3284
3285         if (compaction_made_progress(compact_result))
3286                 (*compaction_retries)++;
3287
3288         /*
3289          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3290          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3291          * failure could be caused by insufficient priority
3292          */
3293         if (compaction_failed(compact_result))
3294                 goto check_priority;
3295
3296         /*
3297          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3298          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3299          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3300          * compaction.
3301          */
3302         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3303                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3304                 goto out;
3305         }
3306
3307         /*
3308          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3309          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3310          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3311          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3312          * would need much more detailed feedback from compaction to
3313          * make a better decision.
3314          */
3315         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3316                 max_retries /= 4;
3317         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3318                 ret = true;
3319                 goto out;
3320         }
3321
3322         /*
3323          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3324          * all retries or failed at the lower priorities.
3325          */
3326 check_priority:
3327         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3328                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3329
3330         if (*compact_priority > min_priority) {
3331                 (*compact_priority)--;
3332                 *compaction_retries = 0;
3333                 ret = true;
3334         }
3335 out:
3336         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3337         return ret;
3338 }
3339 #else
3340 static inline struct page *
3341 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3342                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3343                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3344 {
3345         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3346         return NULL;
3347 }
3348
3349 static inline bool
3350 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3351                      enum compact_result compact_result,
3352                      enum compact_priority *compact_priority,
3353                      int *compaction_retries)
3354 {
3355         struct zone *zone;
3356         struct zoneref *z;
3357
3358         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3359                 return false;
3360
3361         /*
3362          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3363          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3364          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3365          * watermarks are OK.
3366          */
3367         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3368                                         ac->nodemask) {
3369                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3370                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3371                         return true;
3372         }
3373         return false;
3374 }
3375 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3376
3377 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3378 static int
3379 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3380                                         const struct alloc_context *ac)
3381 {
3382         struct reclaim_state reclaim_state;
3383         int progress;
3384
3385         cond_resched();
3386
3387         /* We now go into synchronous reclaim */
3388         cpuset_memory_pressure_bump();
3389         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3390         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3391         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3392         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3393
3394         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3395                                                                 ac->nodemask);
3396
3397         current->reclaim_state = NULL;
3398         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3399         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3400
3401         cond_resched();
3402
3403         return progress;
3404 }
3405
3406 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3407 static inline struct page *
3408 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3409                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3410                 unsigned long *did_some_progress)
3411 {
3412         struct page *page = NULL;
3413         bool drained = false;
3414
3415         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3416         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3417                 return NULL;
3418
3419 retry:
3420         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3421
3422         /*
3423          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3424          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3425          * Shrink them them and try again
3426          */
3427         if (!page && !drained) {
3428                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3429                 drain_all_pages(NULL);
3430                 drained = true;
3431                 goto retry;
3432         }
3433
3434         return page;
3435 }
3436
3437 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3438 {
3439         struct zoneref *z;
3440         struct zone *zone;
3441         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3442
3443         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3444                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3445                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3446                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3447                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3448         }
3449 }
3450
3451 static inline unsigned int
3452 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3453 {
3454         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3455
3456         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3457         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3458
3459         /*
3460          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3461          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3462          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3463          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3464          */
3465         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3466
3467         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3468                 /*
3469                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3470                  * if it can't schedule.
3471                  */
3472                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3473                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3474                 /*
3475                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3476                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3477                  */
3478                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3479         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3480                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3481
3482 #ifdef CONFIG_CMA
3483         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3484                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3485 #endif
3486         return alloc_flags;
3487 }
3488
3489 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3490 {
3491         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3492                 return false;
3493
3494         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3495                 return true;
3496         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3497                 return true;
3498         if (!in_interrupt() &&
3499                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3500                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3501                 return true;
3502
3503         return false;
3504 }
3505
3506 /*
3507  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3508  * for the given allocation request.
3509  *
3510  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3511  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3512  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3513  *
3514  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3515  */
3516 static inline bool
3517 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3518                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3519                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3520 {
3521         struct zone *zone;
3522         struct zoneref *z;
3523
3524         /*
3525          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3526          * their order will become available due to high fragmentation so
3527          * always increment the no progress counter for them
3528          */
3529         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3530                 *no_progress_loops = 0;
3531         else
3532                 (*no_progress_loops)++;
3533
3534         /*
3535          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3536          * several times in the row.
3537          */
3538         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3539                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3540                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3541         }
3542
3543         /*
3544          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3545          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3546          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3547          * screwed and have to go OOM.
3548          */
3549         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3550                                         ac->nodemask) {
3551                 unsigned long available;
3552                 unsigned long reclaimable;
3553                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3554                 bool wmark;
3555
3556                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3557                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3558
3559                 /*
3560                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3561                  * reclaimable pages?
3562                  */
3563                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3564                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3565                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3566                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3567                 if (wmark) {
3568                         /*
3569                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3570                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3571                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3572                          * prevent from pre mature OOM
3573                          */
3574                         if (!did_some_progress) {
3575                                 unsigned long write_pending;
3576
3577                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3578                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3579
3580                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3581                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3582                                         return true;
3583                                 }
3584                         }
3585
3586                         /*
3587                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3588                          * context and the current implementation of the WQ
3589                          * concurrency control doesn't recognize that
3590                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3591                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3592                          * do a short sleep here rather than calling
3593                          * cond_resched().
3594                          */
3595                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3596                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3597                         else
3598                                 cond_resched();
3599
3600                         return true;
3601                 }
3602         }
3603
3604         return false;
3605 }
3606
3607 static inline struct page *
3608 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3609                                                 struct alloc_context *ac)
3610 {
3611         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3612         struct page *page = NULL;
3613         unsigned int alloc_flags;
3614         unsigned long did_some_progress;
3615         enum compact_priority compact_priority;
3616         enum compact_result compact_result;
3617         int compaction_retries;
3618         int no_progress_loops;
3619         unsigned long alloc_start = jiffies;
3620         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3621         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3622
3623         /*
3624          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3625          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3626          * be using allocators in order of preference for an area that is
3627          * too large.
3628          */
3629         if (order >= MAX_ORDER) {
3630                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3631                 return NULL;
3632         }
3633
3634         /*
3635          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3636          * callers that are not in atomic context.
3637          */
3638         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3639                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3640                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3641
3642 retry_cpuset:
3643         compaction_retries = 0;
3644         no_progress_loops = 0;
3645         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3646         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3647
3648         /*
3649          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3650          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3651          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3652          */
3653         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3654
3655         /*
3656          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3657          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3658          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3659          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3660          */
3661         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3662                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3663         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3664                 goto nopage;
3665
3666         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3667                 wake_all_kswapds(order, ac);
3668
3669         /*
3670          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3671          * that first
3672          */
3673         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3674         if (page)
3675                 goto got_pg;
3676
3677         /*
3678          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3679          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3680          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3681          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3682          */
3683         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3684                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3685                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3686                                                 alloc_flags, ac,
3687                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3688                                                 &compact_result);
3689                 if (page)
3690                         goto got_pg;
3691
3692                 /*
3693                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3694                  * includes THP page fault allocations
3695                  */
3696                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3697                         /*
3698                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3699                          * it is because sync compaction recently failed. If
3700                          * this is the case and the caller requested a THP
3701                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3702                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3703                          * direct reclaim.
3704                          */
3705                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3706                                 goto nopage;
3707
3708                         /*
3709                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3710                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3711                          * using async compaction.
3712                          */
3713                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3714                 }
3715         }
3716
3717 retry:
3718         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3719         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3720                 wake_all_kswapds(order, ac);
3721
3722         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3723                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3724
3725         /*
3726          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3727          * These allocations are high priority and system rather than user
3728          * orientated.
3729          */
3730         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3731                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3732                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3733                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3734         }
3735
3736         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3737         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3738         if (page)
3739                 goto got_pg;
3740
3741         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3742         if (!can_direct_reclaim)
3743                 goto nopage;
3744
3745         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3746         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3747                 warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, ac->nodemask,
3748                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3749                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3750                 stall_timeout += 10 * HZ;
3751         }
3752
3753         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3754         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3755                 goto nopage;
3756
3757         /* Try direct reclaim and then allocating */
3758         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3759                                                         &did_some_progress);
3760         if (page)
3761                 goto got_pg;
3762
3763         /* Try direct compaction and then allocating */
3764         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3765                                         compact_priority, &compact_result);
3766         if (page)
3767                 goto got_pg;
3768
3769         /* Do not loop if specifically requested */
3770         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3771                 goto nopage;
3772
3773         /*
3774          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3775          * __GFP_REPEAT
3776          */
3777         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3778                 goto nopage;
3779
3780         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3781                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3782                 goto retry;
3783
3784         /*
3785          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3786          * reclaim is not able to make any progress because the current
3787          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3788          * of free memory (see __compaction_suitable)
3789          */
3790         if (did_some_progress > 0 &&
3791                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3792                                 compact_result, &compact_priority,
3793                                 &compaction_retries))
3794                 goto retry;
3795
3796         /*
3797          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3798          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3799          */
3800         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3801                 goto retry_cpuset;
3802
3803         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3804         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3805         if (page)
3806                 goto got_pg;
3807
3808         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3809         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3810                 goto nopage;
3811
3812         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3813         if (did_some_progress) {
3814                 no_progress_loops = 0;
3815                 goto retry;
3816         }
3817
3818 nopage:
3819         /*
3820          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3821          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3822          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3823          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3824          * retry.
3825          */
3826         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3827                 goto retry_cpuset;
3828
3829         /*
3830          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3831          * we always retry
3832          */
3833         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3834                 /*
3835                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3836                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3837                  */
3838                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3839                         goto fail;
3840
3841                 /*
3842                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3843                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3844                  * for somebody to do a work for us
3845                  */
3846                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3847
3848                 /*
3849                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3850                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3851                  * so that we can identify them and convert them to something
3852                  * else.
3853                  */
3854                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3855
3856                 /*
3857                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3858                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3859                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3860                  * the situation worse
3861                  */
3862                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3863                 if (page)
3864                         goto got_pg;
3865
3866                 cond_resched();
3867                 goto retry;
3868         }
3869 fail:
3870         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3871                         "page allocation failure: order:%u", order);
3872 got_pg:
3873         return page;
3874 }
3875
3876 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3877                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3878                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3879                 unsigned int *alloc_flags)
3880 {
3881         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3882         ac->zonelist = zonelist;
3883         ac->nodemask = nodemask;
3884         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3885
3886         if (cpusets_enabled()) {
3887                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3888                 if (!ac->nodemask)
3889                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3890                 else
3891                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3892         }
3893
3894         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3895
3896         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3897
3898         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3899                 return false;
3900
3901         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3902                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3903
3904         return true;
3905 }
3906
3907 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3908 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3909                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3910 {
3911         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3912         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3913
3914         /*
3915          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3916          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3917          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3918          */
3919         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3920                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3921 }
3922
3923 /*
3924  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3925  */
3926 struct page *
3927 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3928                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3929 {
3930         struct page *page;
3931         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3932         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3933         struct alloc_context ac = { };
3934
3935         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3936         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3937                 return NULL;
3938
3939         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3940
3941         /* First allocation attempt */
3942         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3943         if (likely(page))
3944                 goto out;
3945
3946         /*
3947          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
3948          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
3949          * from a particular context which has been marked by
3950          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
3951          */
3952         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3953         ac.spread_dirty_pages = false;
3954
3955         /*
3956          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3957          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3958          */
3959         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3960                 ac.nodemask = nodemask;
3961
3962         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3963
3964 out:
3965         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3966             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3967                 __free_pages(page, order);
3968                 page = NULL;
3969         }
3970
3971         if (kmemcheck_enabled && page)
3972                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3973
3974         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3975
3976         return page;
3977 }
3978 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3979
3980 /*
3981  * Common helper functions.
3982  */
3983 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3984 {
3985         struct page *page;
3986
3987         /*
3988          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3989          * a highmem page
3990          */
3991         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3992
3993         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3994         if (!page)
3995                 return 0;
3996         return (unsigned long) page_address(page);
3997 }
3998 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3999
4000 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4001 {
4002         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4003 }
4004 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4005
4006 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4007 {
4008         if (put_page_testzero(page)) {
4009                 if (order == 0)
4010                         free_hot_cold_page(page, false);
4011                 else
4012                         __free_pages_ok(page, order);
4013         }
4014 }
4015
4016 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4017
4018 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4019 {
4020         if (addr != 0) {
4021                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4022                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4023         }
4024 }
4025
4026 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4027
4028 /*
4029  * Page Fragment:
4030  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4031  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4032  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4033  *
4034  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4035  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4036  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4037  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4038  */
4039 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4040                                              gfp_t gfp_mask)
4041 {
4042         struct page *page = NULL;
4043         gfp_t gfp = gfp_mask;
4044
4045 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4046         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4047                     __GFP_NOMEMALLOC;
4048         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4049                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4050         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4051 #endif
4052         if (unlikely(!page))
4053                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4054
4055         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4056
4057         return page;
4058 }
4059
4060 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4061 {
4062         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4063
4064         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4065                 unsigned int order = compound_order(page);
4066
4067                 if (order == 0)
4068                         free_hot_cold_page(page, false);
4069                 else
4070                         __free_pages_ok(page, order);
4071         }
4072 }
4073 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4074
4075 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4076                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4077 {
4078         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4079         struct page *page;
4080         int offset;
4081
4082         if (unlikely(!nc->va)) {
4083 refill:
4084                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4085                 if (!page)
4086                         return NULL;
4087
4088 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4089                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4090                 size = nc->size;
4091 #endif
4092                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4093                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4094                  */
4095                 page_ref_add(page, size - 1);
4096
4097                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4098                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4099                 nc->pagecnt_bias = size;
4100                 nc->offset = size;
4101         }
4102
4103         offset = nc->offset - fragsz;
4104         if (unlikely(offset < 0)) {
4105                 page = virt_to_page(nc->va);
4106
4107                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4108                         goto refill;
4109
4110 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4111                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4112                 size = nc->size;
4113 #endif
4114                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4115                 set_page_count(page, size);
4116
4117                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4118                 nc->pagecnt_bias = size;
4119                 offset = size - fragsz;
4120         }
4121
4122         nc->pagecnt_bias--;
4123         nc->offset = offset;
4124
4125         return nc->va + offset;
4126 }
4127 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4128
4129 /*
4130  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4131  */
4132 void page_frag_free(void *addr)
4133 {
4134         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4135
4136         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4137                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4138 }
4139 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4140
4141 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4142                 size_t size)
4143 {
4144         if (addr) {
4145                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4146                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4147
4148                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4149                 while (used < alloc_end) {
4150                         free_page(used);
4151                         used += PAGE_SIZE;
4152                 }
4153         }
4154         return (void *)addr;
4155 }
4156
4157 /**
4158  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4159  * @size: the number of bytes to allocate
4160  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4161  *
4162  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4163  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4164  * allocate memory in power-of-two pages.
4165  *
4166  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4167  *
4168  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4169  */
4170 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4171 {
4172         unsigned int order = get_order(size);
4173         unsigned long addr;
4174
4175         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4176         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4177 }
4178 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4179
4180 /**
4181  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4182  *                         pages on a node.
4183  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4184  * @size: the number of bytes to allocate
4185  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4186  *
4187  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4188  * back.
4189  */
4190 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4191 {
4192         unsigned int order = get_order(size);
4193         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4194         if (!p)
4195                 return NULL;
4196         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4197 }
4198
4199 /**
4200  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4201  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4202  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4203  *
4204  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4205  */
4206 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4207 {
4208         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4209         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4210
4211         while (addr < end) {
4212                 free_page(addr);
4213                 addr += PAGE_SIZE;
4214         }
4215 }
4216 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4217
4218 /**
4219  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4220  * @offset: The zone index of the highest zone
4221  *
4222  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4223  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4224  * zone, the number of pages is calculated as:
4225  *
4226  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4227  */
4228 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4229 {
4230         struct zoneref *z;
4231         struct zone *zone;
4232
4233         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4234         unsigned long sum = 0;
4235
4236         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4237
4238         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4239                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4240                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4241                 if (size > high)
4242                         sum += size - high;
4243         }
4244
4245         return sum;
4246 }
4247
4248 /**
4249  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4250  *
4251  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4252  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4253  */
4254 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4255 {
4256         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4257 }
4258 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4259
4260 /**
4261  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4262  *
4263  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4264  * high watermark within all zones.
4265  */
4266 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4267 {
4268         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4269 }
4270
4271 static inline void show_node(struct zone *zone)
4272 {
4273         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4274                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4275 }
4276
4277 long si_mem_available(void)
4278 {
4279         long available;
4280         unsigned long pagecache;
4281         unsigned long wmark_low = 0;
4282         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4283         struct zone *zone;
4284         int lru;
4285
4286         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4287                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4288
4289         for_each_zone(zone)
4290                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4291
4292         /*
4293          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4294          * without causing swapping.
4295          */
4296         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4297
4298         /*
4299          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4300          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4301          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4302          */
4303         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4304         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4305         available += pagecache;
4306
4307         /*
4308          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4309          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4310          */
4311         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4312                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4313
4314         if (available < 0)
4315                 available = 0;
4316         return available;
4317 }
4318 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4319
4320 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4321 {
4322         val->totalram = totalram_pages;
4323         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4324         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4325         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4326         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4327         val->freehigh = nr_free_highpages();
4328         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4329 }
4330
4331 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4332
4333 #ifdef CONFIG_NUMA
4334 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4335 {
4336         int zone_type;          /* needs to be signed */
4337         unsigned long managed_pages = 0;
4338         unsigned long managed_highpages = 0;
4339         unsigned long free_highpages = 0;
4340         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4341
4342         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4343                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4344         val->totalram = managed_pages;
4345         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4346         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4347 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4348         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4349                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4350
4351                 if (is_highmem(zone)) {
4352                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4353                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4354                 }
4355         }
4356         val->totalhigh = managed_highpages;
4357         val->freehigh = free_highpages;
4358 #else
4359         val->totalhigh = managed_highpages;
4360         val->freehigh = free_highpages;
4361 #endif
4362         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4363 }
4364 #endif
4365
4366 /*
4367  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4368  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4369  */
4370 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4371 {
4372         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4373                 return false;
4374
4375         /*
4376          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4377          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4378          * have to be precise here.
4379          */
4380         if (!nodemask)
4381                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4382
4383         return !node_isset(nid, *nodemask);
4384 }
4385
4386 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4387
4388 static void show_migration_types(unsigned char type)
4389 {
4390         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4391                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4392                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4393                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4394                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4395 #ifdef CONFIG_CMA
4396                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4397 #endif
4398 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4399                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4400 #endif
4401         };
4402         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4403         char *p = tmp;
4404         int i;
4405
4406         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4407                 if (type & (1 << i))
4408                         *p++ = types[i];
4409         }
4410
4411         *p = '\0';
4412         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4413 }
4414
4415 /*
4416  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4417  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4418  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4419  *
4420  * Bits in @filter:
4421  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4422  *   cpuset.
4423  */
4424 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4425 {
4426         unsigned long free_pcp = 0;
4427         int cpu;
4428         struct zone *zone;
4429         pg_data_t *pgdat;
4430
4431         for_each_populated_zone(zone) {
4432                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4433                         continue;
4434
4435                 for_each_online_cpu(cpu)
4436                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4437         }
4438
4439         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4440                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4441                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4442                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4443                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4444                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4445                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4446                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4447                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4448                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4449                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4450                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4451                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4452                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4453                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4454                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4455                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4456                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4457                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4458                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4459                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4460                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4461                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4462                 free_pcp,
4463                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4464
4465         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4466                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4467                         continue;
4468
4469                 printk("Node %d"
4470                         " active_anon:%lukB"
4471                         " inactive_anon:%lukB"
4472                         " active_file:%lukB"
4473                         " inactive_file:%lukB"
4474                         " unevictable:%lukB"
4475                         " isolated(anon):%lukB"
4476                         " isolated(file):%lukB"
4477                         " mapped:%lukB"
4478                         " dirty:%lukB"
4479                         " writeback:%lukB"
4480                         " shmem:%lukB"
4481 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4482                         " shmem_thp: %lukB"
4483                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4484                         " anon_thp: %lukB"
4485 #endif
4486                         " writeback_tmp:%lukB"
4487                         " unstable:%lukB"
4488                         " all_unreclaimable? %s"
4489                         "\n",
4490                         pgdat->node_id,
4491                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4492                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4493                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4494                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4495                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4496                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4497                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4498                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4499                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4500                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4501                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4502 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4503                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4504                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4505                                         * HPAGE_PMD_NR),
4506                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4507 #endif
4508                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4509                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4510                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4511                                 "yes" : "no");
4512         }
4513
4514         for_each_populated_zone(zone) {
4515                 int i;
4516
4517                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4518                         continue;
4519
4520                 free_pcp = 0;
4521                 for_each_online_cpu(cpu)
4522                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4523
4524                 show_node(zone);
4525                 printk(KERN_CONT
4526                         "%s"
4527                         " free:%lukB"
4528                         " min:%lukB"
4529                         " low:%lukB"
4530                         " high:%lukB"
4531                         " active_anon:%lukB"
4532                         " inactive_anon:%lukB"
4533                         " active_file:%lukB"
4534                         " inactive_file:%lukB"
4535                         " unevictable:%lukB"
4536                         " writepending:%lukB"
4537                         " present:%lukB"
4538                         " managed:%lukB"
4539                         " mlocked:%lukB"
4540                         " slab_reclaimable:%lukB"
4541                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4542                         " kernel_stack:%lukB"
4543                         " pagetables:%lukB"
4544                         " bounce:%lukB"
4545                         " free_pcp:%lukB"
4546                         " local_pcp:%ukB"
4547                         " free_cma:%lukB"
4548                         "\n",
4549                         zone->name,
4550                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4551                         K(min_wmark_pages(zone)),
4552                         K(low_wmark_pages(zone)),
4553                         K(high_wmark_pages(zone)),
4554                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4555                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4556                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4557                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4558                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4559                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4560                         K(zone->present_pages),
4561                         K(zone->managed_pages),
4562                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4563                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4564                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4565                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4566                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4567                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4568                         K(free_pcp),
4569                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4570                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4571                 printk("lowmem_reserve[]:");
4572                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4573                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4574                 printk(KERN_CONT "\n");
4575         }
4576
4577         for_each_populated_zone(zone) {
4578                 unsigned int order;
4579                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4580                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4581
4582                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4583                         continue;
4584                 show_node(zone);
4585                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4586
4587                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4588                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4589                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4590                         int type;
4591
4592                         nr[order] = area->nr_free;
4593                         total += nr[order] << order;
4594
4595                         types[order] = 0;
4596                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4597                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4598                                         types[order] |= 1 << type;
4599                         }
4600                 }
4601                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4602                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4603                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4604                                nr[order], K(1UL) << order);
4605                         if (nr[order])
4606                                 show_migration_types(types[order]);
4607                 }
4608                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4609         }
4610
4611         hugetlb_show_meminfo();
4612
4613         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4614
4615         show_swap_cache_info();
4616 }
4617
4618 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4619 {
4620         zoneref->zone = zone;
4621         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4622 }
4623
4624 /*
4625  * Builds allocation fallback zone lists.
4626  *
4627  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4628  */
4629 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4630                                 int nr_zones)
4631 {
4632         struct zone *zone;
4633         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4634
4635         do {
4636                 zone_type--;
4637                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4638                 if (managed_zone(zone)) {
4639                         zoneref_set_zone(zone,
4640                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4641                         check_highest_zone(zone_type);
4642                 }
4643         } while (zone_type);
4644
4645         return nr_zones;
4646 }
4647
4648
4649 /*
4650  *  zonelist_order:
4651  *  0 = automatic detection of better ordering.
4652  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4653  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4654  *
4655  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4656  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4657  */
4658 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4659 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4660 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4661
4662 /* zonelist order in the kernel.
4663  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4664  */
4665 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4666 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4667
4668
4669 #ifdef CONFIG_NUMA
4670 /* The value user specified ....changed by config */
4671 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4672 /* string for sysctl */
4673 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4674 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4675
4676 /*
4677  * interface for configure zonelist ordering.
4678  * command line option "numa_zonelist_order"
4679  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4680  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4681  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4682  */
4683
4684 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4685 {
4686         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4687                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4688         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4689                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4690         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4691                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4692         } else {
4693                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4694                 return -EINVAL;
4695         }
4696         return 0;
4697 }
4698
4699 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4700 {
4701         int ret;
4702
4703         if (!s)
4704                 return 0;
4705
4706         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4707         if (ret == 0)
4708                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4709
4710         return ret;
4711 }
4712 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4713
4714 /*
4715  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4716  */
4717 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4718                 void __user *buffer, size_t *length,
4719                 loff_t *ppos)
4720 {
4721         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4722         int ret;
4723         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4724
4725         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4726         if (write) {
4727                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4728                         ret = -EINVAL;
4729                         goto out;
4730                 }
4731                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4732         }
4733         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4734         if (ret)
4735                 goto out;
4736         if (write) {
4737                 int oldval = user_zonelist_order;
4738
4739                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4740                 if (ret) {
4741                         /*
4742                          * bogus value.  restore saved string
4743                          */
4744                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4745                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4746                         user_zonelist_order = oldval;
4747                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4748                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4749                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4750                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4751                 }
4752         }
4753 out:
4754         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4755         return ret;
4756 }
4757
4758
4759 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4760 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4761
4762 /**
4763  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4764  * @node: node whose fallback list we're appending
4765  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4766  *
4767  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4768  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4769  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4770  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4771  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4772  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4773  * on them otherwise.
4774  * It returns -1 if no node is found.
4775  */
4776 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4777 {
4778         int n, val;
4779         int min_val = INT_MAX;
4780         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4781         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4782
4783         /* Use the local node if we haven't already */
4784         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4785                 node_set(node, *used_node_mask);
4786                 return node;
4787         }
4788
4789         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4790
4791                 /* Don't want a node to appear more than once */
4792                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4793                         continue;
4794
4795                 /* Use the distance array to find the distance */
4796                 val = node_distance(node, n);
4797
4798                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4799                 val += (n < node);
4800
4801                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4802                 tmp = cpumask_of_node(n);
4803                 if (!cpumask_empty(tmp))
4804                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4805
4806                 /* Slight preference for less loaded node */
4807                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4808                 val += node_load[n];
4809
4810                 if (val < min_val) {
4811                         min_val = val;
4812                         best_node = n;
4813                 }
4814         }
4815
4816         if (best_node >= 0)
4817                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4818
4819         return best_node;
4820 }
4821
4822
4823 /*
4824  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4825  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4826  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4827  */
4828 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4829 {
4830         int j;
4831         struct zonelist *zonelist;
4832
4833         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4834         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4835                 ;
4836         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4837         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4838         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4839 }
4840
4841 /*
4842  * Build gfp_thisnode zonelists
4843  */
4844 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4845 {
4846         int j;
4847         struct zonelist *zonelist;
4848
4849         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4850         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4851         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4852         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4853 }
4854
4855 /*
4856  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4857  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4858  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4859  * may still exist in local DMA zone.
4860  */
4861 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4862
4863 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4864 {
4865         int pos, j, node;
4866         int zone_type;          /* needs to be signed */
4867         struct zone *z;
4868         struct zonelist *zonelist;
4869
4870         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4871         pos = 0;
4872         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4873                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4874                         node = node_order[j];
4875                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4876                         if (managed_zone(z)) {
4877                                 zoneref_set_zone(z,
4878                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4879                                 check_highest_zone(zone_type);
4880                         }
4881                 }
4882         }
4883         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4884         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4885 }
4886
4887 #if defined(CONFIG_64BIT)
4888 /*
4889  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4890  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4891  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4892  */
4893 static int default_zonelist_order(void)
4894 {
4895         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4896 }
4897 #else
4898 /*
4899  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4900  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4901  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4902  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4903  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4904  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4905  */
4906 static int default_zonelist_order(void)
4907 {
4908         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4909 }
4910 #endif /* CONFIG_64BIT */
4911
4912 static void set_zonelist_order(void)
4913 {
4914         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4915                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4916         else
4917                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4918 }
4919
4920 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4921 {
4922         int i, node, load;
4923         nodemask_t used_mask;
4924         int local_node, prev_node;
4925         struct zonelist *zonelist;
4926         unsigned int order = current_zonelist_order;
4927
4928         /* initialize zonelists */
4929         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4930                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4931                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4932                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4933         }
4934
4935         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4936         local_node = pgdat->node_id;
4937         load = nr_online_nodes;
4938         prev_node = local_node;
4939         nodes_clear(used_mask);
4940
4941         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4942         i = 0;
4943
4944         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4945                 /*
4946                  * We don't want to pressure a particular node.
4947                  * So adding penalty to the first node in same
4948                  * distance group to make it round-robin.
4949                  */
4950                 if (node_distance(local_node, node) !=
4951                     node_distance(local_node, prev_node))
4952                         node_load[node] = load;
4953
4954                 prev_node = node;
4955                 load--;
4956                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4957                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4958                 else
4959                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4960         }
4961
4962         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4963                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4964                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4965         }
4966
4967         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4968 }
4969
4970 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4971 /*
4972  * Return node id of node used for "local" allocations.
4973  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4974  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4975  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4976  */
4977 int local_memory_node(int node)
4978 {
4979         struct zoneref *z;
4980
4981         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4982                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4983                                    NULL);
4984         return z->zone->node;
4985 }
4986 #endif
4987
4988 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4989 static void setup_min_slab_ratio(void);
4990 #else   /* CONFIG_NUMA */
4991
4992 static void set_zonelist_order(void)
4993 {
4994         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4995 }
4996
4997 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4998 {
4999         int node, local_node;
5000         enum zone_type j;
5001         struct zonelist *zonelist;
5002
5003         local_node = pgdat->node_id;
5004
5005         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5006         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5007
5008         /*
5009          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5010          * of all the other nodes.
5011          * We don't want to pressure a particular node, so when
5012          * building the zones for node N, we make sure that the
5013          * zones coming right after the local ones are those from
5014          * node N+1 (modulo N)
5015          */
5016         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5017                 if (!node_online(node))
5018                         continue;
5019                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5020         }
5021         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5022                 if (!node_online(node))
5023                         continue;
5024                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5025         }
5026
5027         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5028         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5029 }
5030
5031 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5032
5033 /*
5034  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5035  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5036  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5037  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5038  * with interrupts disabled.
5039  *
5040  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5041  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5042  * hotplugged processors.
5043  *
5044  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5045  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5046  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5047  */
5048 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5049 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5050 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5051
5052 /*
5053  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5054  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5055  */
5056 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5057
5058 /* return values int ....just for stop_machine() */
5059 static int __build_all_zonelists(void *data)
5060 {
5061         int nid;
5062         int cpu;
5063         pg_data_t *self = data;
5064
5065 #ifdef CONFIG_NUMA
5066         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5067 #endif
5068
5069         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5070                 build_zonelists(self);
5071         }
5072
5073         for_each_online_node(nid) {
5074                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5075
5076                 build_zonelists(pgdat);
5077         }
5078
5079         /*
5080          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5081          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5082          * each zone will be allocated later when the per cpu
5083          * allocator is available.
5084          *
5085          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5086          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5087          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5088          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5089          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5090          * (a chicken-egg dilemma).
5091          */
5092         for_each_possible_cpu(cpu) {
5093                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5094
5095 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5096                 /*
5097                  * We now know the "local memory node" for each node--
5098                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5099                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5100                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5101                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5102                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5103                  */
5104                 if (cpu_online(cpu))
5105                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5106 #endif
5107         }
5108
5109         return 0;
5110 }
5111
5112 static noinline void __init
5113 build_all_zonelists_init(void)
5114 {
5115         __build_all_zonelists(NULL);
5116         mminit_verify_zonelist();
5117         cpuset_init_current_mems_allowed();
5118 }
5119
5120 /*
5121  * Called with zonelists_mutex held always
5122  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5123  *
5124  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5125  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5126  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5127  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5128  */
5129 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5130 {
5131         set_zonelist_order();
5132
5133         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5134                 build_all_zonelists_init();
5135         } else {
5136 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5137                 if (zone)
5138                         setup_zone_pageset(zone);
5139 #endif
5140                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5141                    of zonelist */
5142                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5143                 /* cpuset refresh routine should be here */
5144         }
5145         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5146         /*
5147          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5148          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5149          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5150          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5151          * disabled and enable it later
5152          */
5153         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5154                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5155         else
5156                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5157
5158         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5159                 nr_online_nodes,
5160                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5161                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5162                 vm_total_pages);
5163 #ifdef CONFIG_NUMA
5164         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5165 #endif
5166 }
5167
5168 /*
5169  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5170  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5171  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5172  */
5173 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5174                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5175 {
5176         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5177         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5178         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5179         unsigned long pfn;
5180         unsigned long nr_initialised = 0;
5181 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5182         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5183 #endif
5184
5185         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5186                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5187
5188         /*
5189          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5190          * memory
5191          */
5192         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5193                 start_pfn += altmap->reserve;
5194
5195         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5196                 /*
5197                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5198                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5199                  */
5200                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5201                         goto not_early;
5202
5203                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5204 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5205                         /*
5206                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5207                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5208                          * on our next iteration of the loop.
5209                          */
5210                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5211 #endif
5212                         continue;
5213                 }
5214                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5215                         continue;
5216                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5217                         break;
5218
5219 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5220                 /*
5221                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5222                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5223                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5224                  */
5225                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5226                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5227                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5228                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5229                                                 break;
5230                                 r = tmp;
5231                         }
5232                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5233                             memblock_is_mirror(r)) {
5234                                 /* already initialized as NORMAL */
5235                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5236                                 continue;
5237                         }
5238                 }
5239 #endif
5240
5241 not_early:
5242                 /*
5243                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5244                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5245                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5246                  * the address space during boot when many long-lived
5247                  * kernel allocations are made.
5248                  *
5249                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5250                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5251                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5252                  * pfn out of zone.
5253                  */
5254                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5255                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5256
5257                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5258                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5259                 } else {
5260                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5261                 }
5262         }
5263 }
5264
5265 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5266 {
5267         unsigned int order, t;
5268         for_each_migratetype_order(order, t) {
5269                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5270                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5271         }
5272 }
5273
5274 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5275 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5276         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5277 #endif
5278
5279 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5280 {
5281 #ifdef CONFIG_MMU
5282         int batch;
5283
5284         /*
5285          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5286          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5287          *
5288          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5289          */
5290         batch = zone->managed_pages / 1024;
5291         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5292                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5293         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5294         if (batch < 1)
5295                 batch = 1;
5296
5297         /*
5298          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5299          * of 2 value was found to be more likely to have
5300          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5301          *
5302          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5303          * batches of pages, one task can end up with a lot
5304          * of pages of one half of the possible page colors
5305          * and the other with pages of the other colors.
5306          */
5307         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5308
5309         return batch;
5310
5311 #else
5312         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5313          * conditions.
5314          *
5315          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5316          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5317          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5318          *
5319          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5320          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5321          * can be a significant delay between the individual batches being
5322          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5323          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5324          */
5325         return 0;
5326 #endif
5327 }
5328
5329 /*
5330  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5331  * ->batch must never be higher then ->high.
5332  * The following function updates them in a safe manner without read side
5333  * locking.
5334  *
5335  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5336  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5337  *
5338  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5339  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5340  * exist).
5341  */
5342 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5343                 unsigned long batch)
5344 {
5345        /* start with a fail safe value for batch */
5346         pcp->batch = 1;
5347         smp_wmb();
5348
5349        /* Update high, then batch, in order */
5350         pcp->high = high;
5351         smp_wmb();
5352
5353         pcp->batch = batch;
5354 }
5355
5356 /* a companion to pageset_set_high() */
5357 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5358 {
5359         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5360 }
5361
5362 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5363 {
5364         struct per_cpu_pages *pcp;
5365         int migratetype;
5366
5367         memset(p, 0, sizeof(*p));
5368
5369         pcp = &p->pcp;
5370         pcp->count = 0;
5371         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5372                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5373 }
5374
5375 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5376 {
5377         pageset_init(p);
5378         pageset_set_batch(p, batch);
5379 }
5380
5381 /*
5382  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5383  * to the value high for the pageset p.
5384  */
5385 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5386                                 unsigned long high)
5387 {
5388         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5389         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5390                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5391
5392         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5393 }
5394
5395 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5396                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5397 {
5398         if (percpu_pagelist_fraction)
5399                 pageset_set_high(pcp,
5400                         (zone->managed_pages /
5401                                 percpu_pagelist_fraction));
5402         else
5403                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5404 }
5405
5406 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5407 {
5408         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5409
5410         pageset_init(pcp);
5411         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5412 }
5413
5414 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5415 {
5416         int cpu;
5417         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5418         for_each_possible_cpu(cpu)
5419                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5420 }
5421
5422 /*
5423  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5424  * Before this call only boot pagesets were available.
5425  */
5426 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5427 {
5428         struct pglist_data *pgdat;
5429         struct zone *zone;
5430
5431         for_each_populated_zone(zone)
5432                 setup_zone_pageset(zone);
5433
5434         for_each_online_pgdat(pgdat)
5435                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5436                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5437 }
5438
5439 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5440 {
5441         /*
5442          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5443          * relies on the ability of the linker to provide the
5444          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5445          */
5446         zone->pageset = &boot_pageset;
5447
5448         if (populated_zone(zone))
5449                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5450                         zone->name, zone->present_pages,
5451                                          zone_batchsize(zone));
5452 }
5453
5454 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5455                                         unsigned long zone_start_pfn,
5456                                         unsigned long size)
5457 {
5458         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5459
5460         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5461
5462         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5463
5464         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5465                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5466                         pgdat->node_id,
5467                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5468                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5469
5470         zone_init_free_lists(zone);
5471         zone->initialized = 1;
5472
5473         return 0;
5474 }
5475
5476 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5477 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5478
5479 /*
5480  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5481  */
5482 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5483                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5484 {
5485         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5486         int nid;
5487
5488         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5489                 return state->last_nid;
5490
5491         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5492         if (nid != -1) {
5493                 state->last_start = start_pfn;
5494                 state->last_end = end_pfn;
5495                 state->last_nid = nid;
5496         }
5497
5498         return nid;
5499 }
5500 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5501
5502 /**
5503  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5504  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5505  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5506  *
5507  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5508  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5509  * memblock_free_early_nid() manually.
5510  */
5511 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5512 {
5513         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5514         int i, this_nid;
5515
5516         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5517                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5518                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5519
5520                 if (start_pfn < end_pfn)
5521                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5522                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5523                                         this_nid);
5524         }
5525 }
5526
5527 /**
5528  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5529  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5530  *
5531  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5532  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5533  */
5534 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5535 {
5536         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5537         int i, this_nid;
5538
5539         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5540                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5541 }
5542
5543 /**
5544  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5545  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5546  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5547  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5548  *
5549  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5550  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5551  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5552  * PFNs will be 0.
5553  */
5554 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5555                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5556 {
5557         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5558         int i;
5559
5560         *start_pfn = -1UL;
5561         *end_pfn = 0;
5562
5563         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5564                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5565                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5566         }
5567
5568         if (*start_pfn == -1UL)
5569                 *start_pfn = 0;
5570 }
5571
5572 /*
5573  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5574  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5575  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5576  */
5577 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5578 {
5579         int zone_index;
5580         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5581                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5582                         continue;
5583
5584                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5585                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5586                         break;
5587         }
5588
5589         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5590         movable_zone = zone_index;
5591 }
5592
5593 /*
5594  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5595  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5596  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5597  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5598  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5599  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5600  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5601  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5602  */
5603 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5604                                         unsigned long zone_type,
5605                                         unsigned long node_start_pfn,
5606                                         unsigned long node_end_pfn,
5607                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5608                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5609 {
5610         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5611         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5612                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5613                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5614                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5615                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5616                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5617
5618                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5619                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5620                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5621                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5622                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5623
5624                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5625                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5626                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5627         }
5628 }
5629
5630 /*
5631  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5632  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5633  */
5634 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5635                                         unsigned long zone_type,
5636                                         unsigned long node_start_pfn,
5637                                         unsigned long node_end_pfn,
5638                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5639                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5640                                         unsigned long *ignored)
5641 {
5642         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5643         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5644                 return 0;
5645
5646         /* Get the start and end of the zone */
5647         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5648         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5649         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5650                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5651                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5652
5653         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5654         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5655                 return 0;
5656
5657         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5658         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5659         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5660
5661         /* Return the spanned pages */
5662         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5663 }
5664
5665 /*
5666  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5667  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5668  */
5669 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5670                                 unsigned long range_start_pfn,
5671                                 unsigned long range_end_pfn)
5672 {
5673         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5674         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5675         int i;
5676
5677         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5678                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5679                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5680                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5681         }
5682         return nr_absent;
5683 }
5684
5685 /**
5686  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5687  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5688  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5689  *
5690  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5691  */
5692 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5693                                                         unsigned long end_pfn)
5694 {
5695         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5696 }
5697
5698 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5699 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5700                                         unsigned long zone_type,
5701                                         unsigned long node_start_pfn,
5702                                         unsigned long node_end_pfn,
5703                                         unsigned long *ignored)
5704 {
5705         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5706         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5707         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5708         unsigned long nr_absent;
5709
5710         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5711         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5712                 return 0;
5713
5714         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5715         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5716
5717         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5718                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5719                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5720         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5721
5722         /*
5723          * ZONE_MOVABLE handling.
5724          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5725          * and vice versa.
5726          */
5727         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5728                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5729                 struct memblock_region *r;
5730
5731                 for_each_memblock(memory, r) {
5732                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5733                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5734                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5735                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5736
5737                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5738                             memblock_is_mirror(r))
5739                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5740
5741                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5742                             !memblock_is_mirror(r))
5743                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5744                 }
5745         }
5746
5747         return nr_absent;
5748 }
5749
5750 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5751 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5752                                         unsigned long zone_type,
5753                                         unsigned long node_start_pfn,
5754                                         unsigned long node_end_pfn,
5755                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5756                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5757                                         unsigned long *zones_size)
5758 {
5759         unsigned int zone;
5760
5761         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5762         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5763                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5764
5765         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5766
5767         return zones_size[zone_type];
5768 }
5769
5770 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5771                                                 unsigned long zone_type,
5772                                                 unsigned long node_start_pfn,
5773                                                 unsigned long node_end_pfn,
5774                                                 unsigned long *zholes_size)
5775 {
5776         if (!zholes_size)
5777                 return 0;
5778
5779         return zholes_size[zone_type];
5780 }
5781
5782 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5783
5784 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5785                                                 unsigned long node_start_pfn,
5786                                                 unsigned long node_end_pfn,
5787                                                 unsigned long *zones_size,
5788                                                 unsigned long *zholes_size)
5789 {
5790         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5791         enum zone_type i;
5792
5793         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5794                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5795                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5796                 unsigned long size, real_size;
5797
5798                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5799                                                   node_start_pfn,
5800                                                   node_end_pfn,
5801                                                   &zone_start_pfn,
5802                                                   &zone_end_pfn,
5803                                                   zones_size);
5804                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5805                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5806                                                   zholes_size);
5807                 if (size)
5808                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5809                 else
5810                         zone->zone_start_pfn = 0;
5811                 zone->spanned_pages = size;
5812                 zone->present_pages = real_size;
5813
5814                 totalpages += size;
5815                 realtotalpages += real_size;
5816         }
5817
5818         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5819         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5820         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5821                                                         realtotalpages);
5822 }
5823
5824 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5825 /*
5826  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5827  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5828  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5829  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5830  * bytes.
5831  */
5832 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5833 {
5834         unsigned long usemapsize;
5835
5836         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5837         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5838         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5839         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5840         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5841
5842         return usemapsize / 8;
5843 }
5844
5845 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5846                                 struct zone *zone,
5847                                 unsigned long zone_start_pfn,
5848                                 unsigned long zonesize)
5849 {
5850         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5851         zone->pageblock_flags = NULL;
5852         if (usemapsize)
5853                 zone->pageblock_flags =
5854                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5855                                                          pgdat->node_id);
5856 }
5857 #else
5858 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5859                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5860 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5861
5862 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5863
5864 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5865 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5866 {
5867         unsigned int order;
5868
5869         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5870         if (pageblock_order)
5871                 return;
5872
5873         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5874                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5875         else
5876                 order = MAX_ORDER - 1;
5877
5878         /*
5879          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5880          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5881          * powerpc.
5882          */
5883         pageblock_order = order;
5884 }
5885 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5886
5887 /*
5888  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5889  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5890  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5891  * the kernel config
5892  */
5893 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5894 {
5895 }
5896
5897 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5898
5899 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5900                                                    unsigned long present_pages)
5901 {
5902         unsigned long pages = spanned_pages;
5903
5904         /*
5905          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5906          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5907          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5908          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5909          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5910          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5911          */
5912         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5913             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5914                 pages = present_pages;
5915
5916         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5917 }
5918
5919 /*
5920  * Set up the zone data structures:
5921  *   - mark all pages reserved
5922  *   - mark all memory queues empty
5923  *   - clear the memory bitmaps
5924  *
5925  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5926  */
5927 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5928 {
5929         enum zone_type j;
5930         int nid = pgdat->node_id;
5931         int ret;
5932
5933         pgdat_resize_init(pgdat);
5934 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5935         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5936         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5937         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5938 #endif
5939 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5940         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5941         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5942         pgdat->split_queue_len = 0;
5943 #endif
5944         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5945         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5946 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5947         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5948 #endif
5949         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5950         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5951         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5952
5953         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5954                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5955                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5956                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5957
5958                 size = zone->spanned_pages;
5959                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5960
5961                 /*
5962                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5963                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5964                  * and per-cpu initialisations
5965                  */
5966                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5967                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5968                         if (freesize >= memmap_pages) {
5969                                 freesize -= memmap_pages;
5970                                 if (memmap_pages)
5971                                         printk(KERN_DEBUG
5972                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5973                                                zone_names[j], memmap_pages);
5974                         } else
5975                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5976                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5977                 }
5978
5979                 /* Account for reserved pages */
5980                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5981                         freesize -= dma_reserve;
5982                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5983                                         zone_names[0], dma_reserve);
5984                 }
5985
5986                 if (!is_highmem_idx(j))
5987                         nr_kernel_pages += freesize;
5988                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5989                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5990                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5991                 nr_all_pages += freesize;
5992
5993                 /*
5994                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5995                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5996                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5997                  */
5998                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5999 #ifdef CONFIG_NUMA
6000                 zone->node = nid;
6001 #endif
6002                 zone->name = zone_names[j];
6003                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6004                 spin_lock_init(&zone->lock);
6005                 zone_seqlock_init(zone);
6006                 zone_pcp_init(zone);
6007
6008                 if (!size)
6009                         continue;
6010
6011                 set_pageblock_order();
6012                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6013                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6014                 BUG_ON(ret);
6015                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6016         }
6017 }
6018
6019 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6020 {
6021         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6022         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6023
6024         /* Skip empty nodes */
6025         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6026                 return;
6027
6028 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6029         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6030         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6031         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6032         if (!pgdat->node_mem_map) {
6033                 unsigned long size, end;
6034                 struct page *map;
6035
6036                 /*
6037                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6038                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6039                  * for the buddy allocator to function correctly.
6040                  */
6041                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6042                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6043                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6044                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6045                 if (!map)
6046                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6047                                                                pgdat->node_id);
6048                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6049         }
6050 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6051         /*
6052          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6053          */
6054         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6055                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6056 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6057                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6058                         mem_map -= offset;
6059 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6060         }
6061 #endif
6062 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6063 }
6064
6065 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6066                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6067 {
6068         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6069         unsigned long start_pfn = 0;
6070         unsigned long end_pfn = 0;
6071
6072         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6073         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6074
6075         reset_deferred_meminit(pgdat);
6076         pgdat->node_id = nid;
6077         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6078         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6079 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6080         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6081         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6082                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6083                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6084 #else
6085         start_pfn = node_start_pfn;
6086 #endif
6087         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6088                                   zones_size, zholes_size);
6089
6090         alloc_node_mem_map(pgdat);
6091 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6092         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6093                 nid, (unsigned long)pgdat,
6094                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6095 #endif
6096
6097         free_area_init_core(pgdat);
6098 }
6099
6100 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6101
6102 #if MAX_NUMNODES > 1
6103 /*
6104  * Figure out the number of possible node ids.
6105  */
6106 void __init setup_nr_node_ids(void)
6107 {
6108         unsigned int highest;
6109
6110         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6111         nr_node_ids = highest + 1;
6112 }
6113 #endif
6114
6115 /**
6116  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6117  *
6118  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6119  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6120  * all the nodes.
6121  *
6122  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6123  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6124  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6125  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6126  *
6127  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6128  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6129  * populated node map.
6130  *
6131  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6132  * requirement (single node).
6133  */
6134 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6135 {
6136         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6137         unsigned long start, end, mask;
6138         int last_nid = -1;
6139         int i, nid;
6140
6141         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6142                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6143                         last_nid = nid;
6144                         last_end = end;
6145                         continue;
6146                 }
6147
6148                 /*
6149                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6150                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6151                  * too coarse to separate the current node from the last.
6152                  */
6153                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6154                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6155                         mask <<= 1;
6156
6157                 /* accumulate all internode masks */
6158                 accl_mask |= mask;
6159         }
6160
6161         /* convert mask to number of pages */
6162         return ~accl_mask + 1;
6163 }
6164
6165 /* Find the lowest pfn for a node */
6166 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6167 {
6168         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6169         unsigned long start_pfn;
6170         int i;
6171
6172         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6173                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6174
6175         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6176                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6177                 return 0;
6178         }
6179
6180         return min_pfn;
6181 }
6182
6183 /**
6184  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6185  *
6186  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6187  * memblock_set_node().
6188  */
6189 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6190 {
6191         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6192 }
6193
6194 /*
6195  * early_calculate_totalpages()
6196  * Sum pages in active regions for movable zone.
6197  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6198  */
6199 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6200 {
6201         unsigned long totalpages = 0;
6202         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6203         int i, nid;
6204
6205         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6206                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6207
6208                 totalpages += pages;
6209                 if (pages)
6210                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6211         }
6212         return totalpages;
6213 }
6214
6215 /*
6216  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6217  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6218  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6219  * others
6220  */
6221 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6222 {
6223         int i, nid;
6224         unsigned long usable_startpfn;
6225         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6226         /* save the state before borrow the nodemask */
6227         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6228         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6229         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6230         struct memblock_region *r;
6231
6232         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6233         find_usable_zone_for_movable();
6234
6235         /*
6236          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6237          * options.
6238          */
6239         if (movable_node_is_enabled()) {
6240                 for_each_memblock(memory, r) {
6241                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6242                                 continue;
6243
6244                         nid = r->nid;
6245
6246                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6247                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6248                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6249                                 usable_startpfn;
6250                 }
6251
6252                 goto out2;
6253         }
6254
6255         /*
6256          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6257          */
6258         if (mirrored_kernelcore) {
6259                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6260
6261                 for_each_memblock(memory, r) {
6262                         if (memblock_is_mirror(r))
6263                                 continue;
6264
6265                         nid = r->nid;
6266
6267                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6268
6269                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6270                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6271                                 continue;
6272                         }
6273
6274                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6275                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6276                                 usable_startpfn;
6277                 }
6278
6279                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6280                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6281
6282                 goto out2;
6283         }
6284
6285         /*
6286          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6287          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6288          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6289          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6290          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6291          * what movablecore would have allowed.
6292          */
6293         if (required_movablecore) {
6294                 unsigned long corepages;
6295
6296                 /*
6297                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6298                  * was requested by the user
6299                  */
6300                 required_movablecore =
6301                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6302                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6303                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6304
6305                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6306         }
6307
6308         /*
6309          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6310          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6311          */
6312         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6313                 goto out;
6314
6315         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6316         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6317
6318 restart:
6319         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6320         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6321         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6322                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6323
6324                 /*
6325                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6326                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6327                  * amount of memory for the kernel
6328                  */
6329                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6330                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6331
6332                 /*
6333                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6334                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6335                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6336                  */
6337                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6338
6339                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6340                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6341                         unsigned long size_pages;
6342
6343                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6344                         if (start_pfn >= end_pfn)
6345                                 continue;
6346
6347                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6348                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6349                                 unsigned long kernel_pages;
6350                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6351                                                                 - start_pfn;
6352
6353                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6354                                                         kernelcore_remaining);
6355                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6356                                                         required_kernelcore);
6357
6358                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6359                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6360
6361                                         /*
6362                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6363                                          * that if we have to rebalance
6364                                          * kernelcore across nodes, we will
6365                                          * not double account here
6366                                          */
6367                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6368                                         continue;
6369                                 }
6370                                 start_pfn = usable_startpfn;
6371                         }
6372
6373                         /*
6374                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6375                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6376                          * number of pages used as kernelcore
6377                          */
6378                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6379                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6380                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6381                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6382
6383                         /*
6384                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6385                          * break if the kernelcore for this node has been
6386                          * satisfied
6387                          */
6388                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6389                                                                 size_pages);
6390                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6391                         if (!kernelcore_remaining)
6392                                 break;
6393                 }
6394         }
6395
6396         /*
6397          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6398          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6399          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6400          * satisfied
6401          */
6402         usable_nodes--;
6403         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6404                 goto restart;
6405
6406 out2:
6407         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6408         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6409                 zone_movable_pfn[nid] =
6410                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6411
6412 out:
6413         /* restore the node_state */
6414         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6415 }
6416
6417 /* Any regular or high memory on that node ? */
6418 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6419 {
6420         enum zone_type zone_type;
6421
6422         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6423                 return;
6424
6425         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6426                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6427                 if (populated_zone(zone)) {
6428                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6429                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6430                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6431                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6432                         break;
6433                 }
6434         }
6435 }
6436
6437 /**
6438  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6439  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6440  *
6441  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6442  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6443  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6444  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6445  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6446  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6447  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6448  * at arch_max_dma_pfn.
6449  */
6450 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6451 {
6452         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6453         int i, nid;
6454
6455         /* Record where the zone boundaries are */
6456         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6457                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6458         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6459                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6460
6461         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6462
6463         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6464                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6465                         continue;
6466
6467                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6468                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6469                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6470
6471                 start_pfn = end_pfn;
6472         }
6473
6474         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6475         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6476         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6477
6478         /* Print out the zone ranges */
6479         pr_info("Zone ranges:\n");
6480         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6481                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6482                         continue;
6483                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6484                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6485                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6486                         pr_cont("empty\n");
6487                 else
6488                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6489                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6490                                         << PAGE_SHIFT,
6491                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6492                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6493         }
6494
6495         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6496         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6497         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6498                 if (zone_movable_pfn[i])
6499                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6500                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6501         }
6502
6503         /* Print out the early node map */
6504         pr_info("Early memory node ranges\n");
6505         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6506                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6507                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6508                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6509
6510         /* Initialise every node */
6511         mminit_verify_pageflags_layout();
6512         setup_nr_node_ids();
6513         for_each_online_node(nid) {
6514                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6515                 free_area_init_node(nid, NULL,
6516                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6517
6518                 /* Any memory on that node */
6519                 if (pgdat->node_present_pages)
6520                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6521                 check_for_memory(pgdat, nid);
6522         }
6523 }
6524
6525 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6526 {
6527         unsigned long long coremem;
6528         if (!p)
6529                 return -EINVAL;
6530
6531         coremem = memparse(p, &p);
6532         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6533
6534         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6535         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6536
6537         return 0;
6538 }
6539
6540 /*
6541  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6542  * cannot be reclaimed or migrated.
6543  */
6544 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6545 {
6546         /* parse kernelcore=mirror */
6547         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6548                 mirrored_kernelcore = true;
6549                 return 0;
6550         }
6551
6552         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6553 }
6554
6555 /*
6556  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6557  * can be reclaimed or migrated.
6558  */
6559 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6560 {
6561         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6562 }
6563
6564 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6565 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6566
6567 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6568
6569 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6570 {
6571         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6572         page_zone(page)->managed_pages += count;
6573         totalram_pages += count;
6574 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6575         if (PageHighMem(page))
6576                 totalhigh_pages += count;
6577 #endif
6578         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6579 }
6580 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6581
6582 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6583 {
6584         void *pos;
6585         unsigned long pages = 0;
6586
6587         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6588         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6589         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6590                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6591                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6592                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6593         }
6594
6595         if (pages && s)
6596                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6597                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6598
6599         return pages;
6600 }
6601 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6602
6603 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6604 void free_highmem_page(struct page *page)
6605 {
6606         __free_reserved_page(page);
6607         totalram_pages++;
6608         page_zone(page)->managed_pages++;
6609         totalhigh_pages++;
6610 }
6611 #endif
6612
6613
6614 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6615 {
6616         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6617         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6618
6619         physpages = get_num_physpages();
6620         codesize = _etext - _stext;
6621         datasize = _edata - _sdata;
6622         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6623         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6624         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6625         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6626
6627         /*
6628          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6629          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6630          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6631          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6632          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6633          */
6634 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6635         do { \
6636                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6637                         size -= adj; \
6638         } while (0)
6639
6640         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6641                      _sinittext, init_code_size);
6642         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6643         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6644         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6645         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6646
6647 #undef  adj_init_size
6648
6649         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6650 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6651                 ", %luK highmem"
6652 #endif
6653                 "%s%s)\n",
6654                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6655                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6656                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6657                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6658                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6659                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6660 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6661                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6662 #endif
6663                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6664 }
6665
6666 /**
6667  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6668  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6669  *
6670  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6671  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6672  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6673  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6674  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6675  * smaller per-cpu batchsize.
6676  */
6677 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6678 {
6679         dma_reserve = new_dma_reserve;
6680 }
6681
6682 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6683 {
6684         free_area_init_node(0, zones_size,
6685                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6686 }
6687
6688 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6689 {
6690
6691         lru_add_drain_cpu(cpu);
6692         drain_pages(cpu);
6693
6694         /*
6695          * Spill the event counters of the dead processor
6696          * into the current processors event counters.
6697          * This artificially elevates the count of the current
6698          * processor.
6699          */
6700         vm_events_fold_cpu(cpu);
6701
6702         /*
6703          * Zero the differential counters of the dead processor
6704          * so that the vm statistics are consistent.
6705          *
6706          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6707          * race with what we are doing.
6708          */
6709         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6710         return 0;
6711 }
6712
6713 void __init page_alloc_init(void)
6714 {
6715         int ret;
6716
6717         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6718                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6719                                         page_alloc_cpu_dead);
6720         WARN_ON(ret < 0);
6721 }
6722
6723 /*
6724  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6725  *      or min_free_kbytes changes.
6726  */
6727 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6728 {
6729         struct pglist_data *pgdat;
6730         unsigned long reserve_pages = 0;
6731         enum zone_type i, j;
6732
6733         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6734
6735                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6736
6737                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6738                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6739                         long max = 0;
6740
6741                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6742                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6743                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6744                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6745                         }
6746
6747                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6748                         max += high_wmark_pages(zone);
6749
6750                         if (max > zone->managed_pages)
6751                                 max = zone->managed_pages;
6752
6753                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6754
6755                         reserve_pages += max;
6756                 }
6757         }
6758         totalreserve_pages = reserve_pages;
6759 }
6760
6761 /*
6762  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6763  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6764  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6765  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6766  */
6767 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6768 {
6769         struct pglist_data *pgdat;
6770         enum zone_type j, idx;
6771
6772         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6773                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6774                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6775                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6776
6777                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6778
6779                         idx = j;
6780                         while (idx) {
6781                                 struct zone *lower_zone;
6782
6783                                 idx--;
6784
6785                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6786                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6787
6788                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6789                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6790                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6791                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6792                         }
6793                 }
6794         }
6795
6796         /* update totalreserve_pages */
6797         calculate_totalreserve_pages();
6798 }
6799
6800 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6801 {
6802         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6803         unsigned long lowmem_pages = 0;
6804         struct zone *zone;
6805         unsigned long flags;
6806
6807         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6808         for_each_zone(zone) {
6809                 if (!is_highmem(zone))
6810                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6811         }
6812
6813         for_each_zone(zone) {
6814                 u64 tmp;
6815
6816                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6817                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6818                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6819                 if (is_highmem(zone)) {
6820                         /*
6821                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6822                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6823                          * value here.
6824                          *
6825                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6826                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6827                          * not be capped for highmem.
6828                          */
6829                         unsigned long min_pages;
6830
6831                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6832                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6833                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6834                 } else {
6835                         /*
6836                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6837                          * proportionate to the zone's size.
6838                          */
6839                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6840                 }
6841
6842                 /*
6843                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6844                  * scale factor in proportion to available memory, but
6845                  * ensure a minimum size on small systems.
6846                  */
6847                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6848                             mult_frac(zone->managed_pages,
6849                                       watermark_scale_factor, 10000));
6850
6851                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6852                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6853
6854                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6855         }
6856
6857         /* update totalreserve_pages */
6858         calculate_totalreserve_pages();
6859 }
6860
6861 /**
6862  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6863  * or when memory is hot-{added|removed}
6864  *
6865  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6866  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6867  */
6868 void setup_per_zone_wmarks(void)
6869 {
6870         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6871         __setup_per_zone_wmarks();
6872         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6873 }
6874
6875 /*
6876  * Initialise min_free_kbytes.
6877  *
6878  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6879  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6880  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6881  *
6882  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6883  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6884  *
6885  * which yields
6886  *
6887  * 16MB:        512k
6888  * 32MB:        724k
6889  * 64MB:        1024k
6890  * 128MB:       1448k
6891  * 256MB:       2048k
6892  * 512MB:       2896k
6893  * 1024MB:      4096k
6894  * 2048MB:      5792k
6895  * 4096MB:      8192k
6896  * 8192MB:      11584k
6897  * 16384MB:     16384k
6898  */
6899 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6900 {
6901         unsigned long lowmem_kbytes;
6902         int new_min_free_kbytes;
6903
6904         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6905         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6906
6907         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6908                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6909                 if (min_free_kbytes < 128)
6910                         min_free_kbytes = 128;
6911                 if (min_free_kbytes > 65536)
6912                         min_free_kbytes = 65536;
6913         } else {
6914                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6915                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6916         }
6917         setup_per_zone_wmarks();
6918         refresh_zone_stat_thresholds();
6919         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6920
6921 #ifdef CONFIG_NUMA
6922         setup_min_unmapped_ratio();
6923         setup_min_slab_ratio();
6924 #endif
6925
6926         return 0;
6927 }
6928 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6929
6930 /*
6931  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6932  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6933  *      changes.
6934  */
6935 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6936         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6937 {
6938         int rc;
6939
6940         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6941         if (rc)
6942                 return rc;
6943
6944         if (write) {
6945                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6946                 setup_per_zone_wmarks();
6947         }
6948         return 0;
6949 }
6950
6951 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6952         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6953 {
6954         int rc;
6955
6956         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6957         if (rc)
6958                 return rc;
6959
6960         if (write)
6961                 setup_per_zone_wmarks();
6962
6963         return 0;
6964 }
6965
6966 #ifdef CONFIG_NUMA
6967 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6968 {
6969         pg_data_t *pgdat;
6970         struct zone *zone;
6971
6972         for_each_online_pgdat(pgdat)
6973                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6974
6975         for_each_zone(zone)
6976                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6977                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6978 }
6979
6980
6981 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6982         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6983 {
6984         int rc;
6985
6986         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6987         if (rc)
6988                 return rc;
6989
6990         setup_min_unmapped_ratio();
6991
6992         return 0;
6993 }
6994
6995 static void setup_min_slab_ratio(void)
6996 {
6997         pg_data_t *pgdat;
6998         struct zone *zone;
6999
7000         for_each_online_pgdat(pgdat)
7001                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7002
7003         for_each_zone(zone)
7004                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7005                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7006 }
7007
7008 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7009         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7010 {
7011         int rc;
7012
7013         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7014         if (rc)
7015                 return rc;
7016
7017         setup_min_slab_ratio();
7018
7019         return 0;
7020 }
7021 #endif
7022
7023 /*
7024  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7025  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7026  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7027  *
7028  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7029  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7030  * if in function of the boot time zone sizes.
7031  */
7032 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7033         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7034 {
7035         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7036         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7037         return 0;
7038 }
7039
7040 /*
7041  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7042  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7043  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7044  */
7045 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7046         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7047 {
7048         struct zone *zone;
7049         int old_percpu_pagelist_fraction;
7050         int ret;
7051
7052         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7053         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7054
7055         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7056         if (!write || ret < 0)
7057                 goto out;
7058
7059         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7060         if (percpu_pagelist_fraction &&
7061             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7062                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7063                 ret = -EINVAL;
7064                 goto out;
7065         }
7066
7067         /* No change? */
7068         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7069                 goto out;
7070
7071         for_each_populated_zone(zone) {
7072                 unsigned int cpu;
7073
7074                 for_each_possible_cpu(cpu)
7075                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7076                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7077         }
7078 out:
7079         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7080         return ret;
7081 }
7082
7083 #ifdef CONFIG_NUMA
7084 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7085
7086 static int __init set_hashdist(char *str)
7087 {
7088         if (!str)
7089                 return 0;
7090         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7091         return 1;
7092 }
7093 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7094 #endif
7095
7096 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7097 /*
7098  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7099  * is not known to alloc_large_system_hash().
7100  */
7101 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7102 {
7103         return 0;
7104 }
7105 #endif
7106
7107 /*
7108  * allocate a large system hash table from bootmem
7109  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7110  *   quantity of entries
7111  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7112  */
7113 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7114                                      unsigned long bucketsize,
7115                                      unsigned long numentries,
7116                                      int scale,
7117                                      int flags,
7118                                      unsigned int *_hash_shift,
7119                                      unsigned int *_hash_mask,
7120                                      unsigned long low_limit,
7121                                      unsigned long high_limit)
7122 {
7123         unsigned long long max = high_limit;
7124         unsigned long log2qty, size;
7125         void *table = NULL;
7126
7127         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7128         if (!numentries) {
7129                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7130                 numentries = nr_kernel_pages;
7131                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7132
7133                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7134                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7135                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7136
7137                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7138                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7139                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7140                 else
7141                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7142
7143                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7144                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7145                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7146                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7147                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7148                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7149                                 BUG_ON(!numentries);
7150                         }
7151                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7152                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7153         }
7154         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7155
7156         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7157         if (max == 0) {
7158                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7159                 do_div(max, bucketsize);
7160         }
7161         max = min(max, 0x80000000ULL);
7162
7163         if (numentries < low_limit)
7164                 numentries = low_limit;
7165         if (numentries > max)
7166                 numentries = max;
7167
7168         log2qty = ilog2(numentries);
7169
7170         do {
7171                 size = bucketsize << log2qty;
7172                 if (flags & HASH_EARLY)
7173                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7174                 else if (hashdist)
7175                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7176                 else {
7177                         /*
7178                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7179                          * some pages at the end of hash table which
7180                          * alloc_pages_exact() automatically does
7181                          */
7182                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7183                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7184                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7185                         }
7186                 }
7187         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7188
7189         if (!table)
7190                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7191
7192         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7193                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7194
7195         if (_hash_shift)
7196                 *_hash_shift = log2qty;
7197         if (_hash_mask)
7198                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7199
7200         return table;
7201 }
7202
7203 /*
7204  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7205  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7206  *
7207  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7208  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7209  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7210  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7211  */
7212 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7213                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7214 {
7215         unsigned long pfn, iter, found;
7216         int mt;
7217
7218         /*
7219          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7220          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7221          */
7222         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7223                 return false;
7224         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7225         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7226                 return false;
7227
7228         pfn = page_to_pfn(page);
7229         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7230                 unsigned long check = pfn + iter;
7231
7232                 if (!pfn_valid_within(check))
7233                         continue;
7234
7235                 page = pfn_to_page(check);
7236
7237                 /*
7238                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7239                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7240                  * handle each tail page individually in migration.
7241                  */
7242                 if (PageHuge(page)) {
7243                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7244                         continue;
7245                 }
7246
7247                 /*
7248                  * We can't use page_count without pin a page
7249                  * because another CPU can free compound page.
7250                  * This check already skips compound tails of THP
7251                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7252                  */
7253                 if (!page_ref_count(page)) {
7254                         if (PageBuddy(page))
7255                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7256                         continue;
7257                 }
7258
7259                 /*
7260                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7261                  * page_count() is not 0.
7262                  */
7263                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7264                         continue;
7265
7266                 if (__PageMovable(page))
7267                         continue;
7268
7269                 if (!PageLRU(page))
7270                         found++;
7271                 /*
7272                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7273                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7274                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7275                  */
7276                 /*
7277                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7278                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7279                  *
7280                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7281                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7282                  * page at boot.
7283                  */
7284                 if (found > count)
7285                         return true;
7286         }
7287         return false;
7288 }
7289
7290 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7291 {
7292         struct zone *zone;
7293         unsigned long pfn;
7294
7295         /*
7296          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7297          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7298          * the zone but still within the section.
7299          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7300          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7301          */
7302         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7303                 return false;
7304
7305         zone = page_zone(page);
7306         pfn = page_to_pfn(page);
7307         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7308                 return false;
7309
7310         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7311 }
7312
7313 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7314
7315 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7316 {
7317         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7318                              pageblock_nr_pages) - 1);
7319 }
7320
7321 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7322 {
7323         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7324                                 pageblock_nr_pages));
7325 }
7326
7327 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7328 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7329                                         unsigned long start, unsigned long end)
7330 {
7331         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7332         unsigned long nr_reclaimed;
7333         unsigned long pfn = start;
7334         unsigned int tries = 0;
7335         int ret = 0;
7336
7337         migrate_prep();
7338
7339         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7340                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7341                         ret = -EINTR;
7342                         break;
7343                 }
7344
7345                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7346                         cc->nr_migratepages = 0;
7347                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7348                         if (!pfn) {
7349                                 ret = -EINTR;
7350                                 break;
7351                         }
7352                         tries = 0;
7353                 } else if (++tries == 5) {
7354                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7355                         break;
7356                 }
7357
7358                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7359                                                         &cc->migratepages);
7360                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7361
7362                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7363                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7364         }
7365         if (ret < 0) {
7366                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7367                 return ret;
7368         }
7369         return 0;
7370 }
7371
7372 /**
7373  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7374  * @start:      start PFN to allocate
7375  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7376  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7377  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7378  *                      in range must have the same migratetype and it must
7379  *                      be either of the two.
7380  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7381  *
7382  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7383  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7384  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7385  * pages fall in.
7386  *
7387  * The PFN range must belong to a single zone.
7388  *
7389  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7390  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7391  * need to be freed with free_contig_range().
7392  */
7393 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7394                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7395 {
7396         unsigned long outer_start, outer_end;
7397         unsigned int order;
7398         int ret = 0;
7399
7400         struct compact_control cc = {
7401                 .nr_migratepages = 0,
7402                 .order = -1,
7403                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7404                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7405                 .ignore_skip_hint = true,
7406                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7407         };
7408         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7409
7410         /*
7411          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7412          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7413          * have different sizes, and due to the way page allocator
7414          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7415          * that page allocator won't try to merge buddies from
7416          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7417          * other migration type.
7418          *
7419          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7420          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7421          * we are interested in).  This will put all the pages in
7422          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7423          *
7424          * When this is done, we take the pages in range from page
7425          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7426          * page allocator will never consider using them.
7427          *
7428          * This lets us mark the pageblocks back as
7429          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7430          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7431          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7432          */
7433
7434         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7435                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7436                                        false);
7437         if (ret)
7438                 return ret;
7439
7440         /*
7441          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7442          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7443          */
7444         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7445         if (ret && ret != -EBUSY)
7446                 goto done;
7447
7448         /*
7449          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7450          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7451          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7452          * What we are going to do is to allocate all pages from
7453          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7454          *
7455          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7456          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7457          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7458          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7459          * once this is done free the pages we are not interested in.
7460          *
7461          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7462          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7463          */
7464
7465         lru_add_drain_all();
7466         drain_all_pages(cc.zone);
7467
7468         order = 0;
7469         outer_start = start;
7470         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7471                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7472                         outer_start = start;
7473                         break;
7474                 }
7475                 outer_start &= ~0UL << order;
7476         }
7477
7478         if (outer_start != start) {
7479                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7480
7481                 /*
7482                  * outer_start page could be small order buddy page and
7483                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7484                  * in this case to report failed page properly
7485                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7486                  */
7487                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7488                         outer_start = start;
7489         }
7490
7491         /* Make sure the range is really isolated. */
7492         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7493                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7494                         __func__, outer_start, end);
7495                 ret = -EBUSY;
7496                 goto done;
7497         }
7498
7499         /* Grab isolated pages from freelists. */
7500         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7501         if (!outer_end) {
7502                 ret = -EBUSY;
7503                 goto done;
7504         }
7505
7506         /* Free head and tail (if any) */
7507         if (start != outer_start)
7508                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7509         if (end != outer_end)
7510                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7511
7512 done:
7513         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7514                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7515         return ret;
7516 }
7517
7518 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7519 {
7520         unsigned int count = 0;
7521
7522         for (; nr_pages--; pfn++) {
7523                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7524
7525                 count += page_count(page) != 1;
7526                 __free_page(page);
7527         }
7528         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7529 }
7530 #endif
7531
7532 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7533 /*
7534  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7535  * page high values need to be recalulated.
7536  */
7537 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7538 {
7539         unsigned cpu;
7540         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7541         for_each_possible_cpu(cpu)
7542                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7543                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7544         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7545 }
7546 #endif
7547
7548 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7549 {
7550         unsigned long flags;
7551         int cpu;
7552         struct per_cpu_pageset *pset;
7553
7554         /* avoid races with drain_pages()  */
7555         local_irq_save(flags);
7556         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7557                 for_each_online_cpu(cpu) {
7558                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7559                         drain_zonestat(zone, pset);
7560                 }
7561                 free_percpu(zone->pageset);
7562                 zone->pageset = &boot_pageset;
7563         }
7564         local_irq_restore(flags);
7565 }
7566
7567 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7568 /*
7569  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7570  * before calling this.
7571  */
7572 void
7573 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7574 {
7575         struct page *page;
7576         struct zone *zone;
7577         unsigned int order, i;
7578         unsigned long pfn;
7579         unsigned long flags;
7580         /* find the first valid pfn */
7581         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7582                 if (pfn_valid(pfn))
7583                         break;
7584         if (pfn == end_pfn)
7585                 return;
7586         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7587         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7588         pfn = start_pfn;
7589         while (pfn < end_pfn) {
7590                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7591                         pfn++;
7592                         continue;
7593                 }
7594                 page = pfn_to_page(pfn);
7595                 /*
7596                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7597                  * page_count() is not 0.
7598                  */
7599                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7600                         pfn++;
7601                         SetPageReserved(page);
7602                         continue;
7603                 }
7604
7605                 BUG_ON(page_count(page));
7606                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7607                 order = page_order(page);
7608 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7609                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7610                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7611 #endif
7612                 list_del(&page->lru);
7613                 rmv_page_order(page);
7614                 zone->free_area[order].nr_free--;
7615                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7616                         SetPageReserved((page+i));
7617                 pfn += (1 << order);
7618         }
7619         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7620 }
7621 #endif
7622
7623 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7624 {
7625         struct zone *zone = page_zone(page);
7626         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7627         unsigned long flags;
7628         unsigned int order;
7629
7630         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7631         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7632                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7633
7634                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7635                         break;
7636         }
7637         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7638
7639         return order < MAX_ORDER;
7640 }