mm, meminit: replace rwsem with completion
[linux-2.6-block.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65
66 #include <asm/sections.h>
67 #include <asm/tlbflush.h>
68 #include <asm/div64.h>
69 #include "internal.h"
70
71 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
72 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
73 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
74
75 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
76 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
77 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
78 #endif
79
80 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
81 /*
82  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
83  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
84  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
85  * defined in <linux/topology.h>.
86  */
87 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
88 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
89 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
90 #endif
91
92 /*
93  * Array of node states.
94  */
95 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
96         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
97         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifndef CONFIG_NUMA
99         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
101         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
104         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif
106         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif  /* NUMA */
108 };
109 EXPORT_SYMBOL(node_states);
110
111 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
112 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
113
114 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
117 /*
118  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
119  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
120  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
121  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
122  */
123 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
124
125 int percpu_pagelist_fraction;
126 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
127
128 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
129 /*
130  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
131  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
132  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
133  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
134  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
135  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
136  */
137
138 static gfp_t saved_gfp_mask;
139
140 void pm_restore_gfp_mask(void)
141 {
142         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
143         if (saved_gfp_mask) {
144                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
145                 saved_gfp_mask = 0;
146         }
147 }
148
149 void pm_restrict_gfp_mask(void)
150 {
151         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
152         WARN_ON(saved_gfp_mask);
153         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
154         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
155 }
156
157 bool pm_suspended_storage(void)
158 {
159         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
160                 return false;
161         return true;
162 }
163 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
164
165 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
166 int pageblock_order __read_mostly;
167 #endif
168
169 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
170
171 /*
172  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
173  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
174  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
175  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
176  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
177  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
178  *
179  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
180  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
181  */
182 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
183 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
184          256,
185 #endif
186 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
187          256,
188 #endif
189 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
190          32,
191 #endif
192          32,
193 };
194
195 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
196
197 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
199          "DMA",
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
202          "DMA32",
203 #endif
204          "Normal",
205 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
206          "HighMem",
207 #endif
208          "Movable",
209 };
210
211 int min_free_kbytes = 1024;
212 int user_min_free_kbytes = -1;
213
214 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
215 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
216 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
217
218 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
221 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
222 static unsigned long __initdata required_movablecore;
223 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
224
225 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
226 int movable_zone;
227 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
228 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
229
230 #if MAX_NUMNODES > 1
231 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
232 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
233 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
234 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
235 #endif
236
237 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
238
239 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
240 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
241 {
242         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
243 }
244
245 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
246 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
247 {
248         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
249                 return true;
250
251         return false;
252 }
253
254 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
255 {
256         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
257                 return true;
258
259         return false;
260 }
261
262 /*
263  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
264  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
265  */
266 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
267                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
268                                 unsigned long *nr_initialised)
269 {
270         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
271         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
272                 return true;
273
274         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
275         (*nr_initialised)++;
276         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
277             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
278                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
279                 return false;
280         }
281
282         return true;
283 }
284 #else
285 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
286 {
287 }
288
289 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
290 {
291         return false;
292 }
293
294 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
295 {
296         return false;
297 }
298
299 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
300                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
301                                 unsigned long *nr_initialised)
302 {
303         return true;
304 }
305 #endif
306
307
308 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
309 {
310         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
311                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
312                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
313
314         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
315                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
316 }
317
318 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
319 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
320 {
321         int ret = 0;
322         unsigned seq;
323         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
324         unsigned long sp, start_pfn;
325
326         do {
327                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
328                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
329                 sp = zone->spanned_pages;
330                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
331                         ret = 1;
332         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
333
334         if (ret)
335                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
336                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
337                         start_pfn, start_pfn + sp);
338
339         return ret;
340 }
341
342 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
343 {
344         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
345                 return 0;
346         if (zone != page_zone(page))
347                 return 0;
348
349         return 1;
350 }
351 /*
352  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
353  */
354 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
355 {
356         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
357                 return 1;
358         if (!page_is_consistent(zone, page))
359                 return 1;
360
361         return 0;
362 }
363 #else
364 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
365 {
366         return 0;
367 }
368 #endif
369
370 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
371                 unsigned long bad_flags)
372 {
373         static unsigned long resume;
374         static unsigned long nr_shown;
375         static unsigned long nr_unshown;
376
377         /* Don't complain about poisoned pages */
378         if (PageHWPoison(page)) {
379                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
380                 return;
381         }
382
383         /*
384          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
385          * or allow a steady drip of one report per second.
386          */
387         if (nr_shown == 60) {
388                 if (time_before(jiffies, resume)) {
389                         nr_unshown++;
390                         goto out;
391                 }
392                 if (nr_unshown) {
393                         printk(KERN_ALERT
394                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
395                                 nr_unshown);
396                         nr_unshown = 0;
397                 }
398                 nr_shown = 0;
399         }
400         if (nr_shown++ == 0)
401                 resume = jiffies + 60 * HZ;
402
403         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
404                 current->comm, page_to_pfn(page));
405         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
406
407         print_modules();
408         dump_stack();
409 out:
410         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
411         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
412         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
413 }
414
415 /*
416  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
417  *
418  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
419  *
420  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
421  *
422  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
423  * pointing at the head page.
424  *
425  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
426  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
427  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
428  */
429
430 static void free_compound_page(struct page *page)
431 {
432         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
433 }
434
435 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
436 {
437         int i;
438         int nr_pages = 1 << order;
439
440         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
441         set_compound_order(page, order);
442         __SetPageHead(page);
443         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
444                 struct page *p = page + i;
445                 set_page_count(p, 0);
446                 p->first_page = page;
447                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
448                 smp_wmb();
449                 __SetPageTail(p);
450         }
451 }
452
453 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
454 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
455 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
456 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
457
458 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
459 {
460         if (!buf)
461                 return -EINVAL;
462
463         if (strcmp(buf, "on") == 0)
464                 _debug_pagealloc_enabled = true;
465
466         return 0;
467 }
468 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
469
470 static bool need_debug_guardpage(void)
471 {
472         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
473         if (!debug_pagealloc_enabled())
474                 return false;
475
476         return true;
477 }
478
479 static void init_debug_guardpage(void)
480 {
481         if (!debug_pagealloc_enabled())
482                 return;
483
484         _debug_guardpage_enabled = true;
485 }
486
487 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
488         .need = need_debug_guardpage,
489         .init = init_debug_guardpage,
490 };
491
492 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
493 {
494         unsigned long res;
495
496         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
497                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
498                 return 0;
499         }
500         _debug_guardpage_minorder = res;
501         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
502         return 0;
503 }
504 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
505
506 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
507                                 unsigned int order, int migratetype)
508 {
509         struct page_ext *page_ext;
510
511         if (!debug_guardpage_enabled())
512                 return;
513
514         page_ext = lookup_page_ext(page);
515         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
516
517         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
518         set_page_private(page, order);
519         /* Guard pages are not available for any usage */
520         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
521 }
522
523 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
524                                 unsigned int order, int migratetype)
525 {
526         struct page_ext *page_ext;
527
528         if (!debug_guardpage_enabled())
529                 return;
530
531         page_ext = lookup_page_ext(page);
532         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
533
534         set_page_private(page, 0);
535         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
536                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
537 }
538 #else
539 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
540 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
541                                 unsigned int order, int migratetype) {}
542 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
543                                 unsigned int order, int migratetype) {}
544 #endif
545
546 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
547 {
548         set_page_private(page, order);
549         __SetPageBuddy(page);
550 }
551
552 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
553 {
554         __ClearPageBuddy(page);
555         set_page_private(page, 0);
556 }
557
558 /*
559  * This function checks whether a page is free && is the buddy
560  * we can do coalesce a page and its buddy if
561  * (a) the buddy is not in a hole &&
562  * (b) the buddy is in the buddy system &&
563  * (c) a page and its buddy have the same order &&
564  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
565  *
566  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
567  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
568  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
569  * serialized by zone->lock.
570  *
571  * For recording page's order, we use page_private(page).
572  */
573 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
574                                                         unsigned int order)
575 {
576         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
577                 return 0;
578
579         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
580                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
581                         return 0;
582
583                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
584
585                 return 1;
586         }
587
588         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
589                 /*
590                  * zone check is done late to avoid uselessly
591                  * calculating zone/node ids for pages that could
592                  * never merge.
593                  */
594                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
595                         return 0;
596
597                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
598
599                 return 1;
600         }
601         return 0;
602 }
603
604 /*
605  * Freeing function for a buddy system allocator.
606  *
607  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
608  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
609  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
610  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
611  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
612  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
613  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
614  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
615  * parts of the VM system.
616  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
617  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
618  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
619  * field.
620  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
621  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
622  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
623  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
624  * triggers coalescing into a block of larger size.
625  *
626  * -- nyc
627  */
628
629 static inline void __free_one_page(struct page *page,
630                 unsigned long pfn,
631                 struct zone *zone, unsigned int order,
632                 int migratetype)
633 {
634         unsigned long page_idx;
635         unsigned long combined_idx;
636         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
637         struct page *buddy;
638         int max_order = MAX_ORDER;
639
640         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
641         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
642
643         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
644         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
645                 /*
646                  * We restrict max order of merging to prevent merge
647                  * between freepages on isolate pageblock and normal
648                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
649                  * could cause incorrect freepage accounting.
650                  */
651                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
652         } else {
653                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
654         }
655
656         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
657
658         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
659         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
660
661         while (order < max_order - 1) {
662                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
663                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
664                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
665                         break;
666                 /*
667                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
668                  * merge with it and move up one order.
669                  */
670                 if (page_is_guard(buddy)) {
671                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
672                 } else {
673                         list_del(&buddy->lru);
674                         zone->free_area[order].nr_free--;
675                         rmv_page_order(buddy);
676                 }
677                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
678                 page = page + (combined_idx - page_idx);
679                 page_idx = combined_idx;
680                 order++;
681         }
682         set_page_order(page, order);
683
684         /*
685          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
686          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
687          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
688          * that is happening, add the free page to the tail of the list
689          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
690          * as a higher order page
691          */
692         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
693                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
694                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
695                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
696                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
697                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
698                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
699                         list_add_tail(&page->lru,
700                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
701                         goto out;
702                 }
703         }
704
705         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
706 out:
707         zone->free_area[order].nr_free++;
708 }
709
710 static inline int free_pages_check(struct page *page)
711 {
712         const char *bad_reason = NULL;
713         unsigned long bad_flags = 0;
714
715         if (unlikely(page_mapcount(page)))
716                 bad_reason = "nonzero mapcount";
717         if (unlikely(page->mapping != NULL))
718                 bad_reason = "non-NULL mapping";
719         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
720                 bad_reason = "nonzero _count";
721         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
722                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
723                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
724         }
725 #ifdef CONFIG_MEMCG
726         if (unlikely(page->mem_cgroup))
727                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
728 #endif
729         if (unlikely(bad_reason)) {
730                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
731                 return 1;
732         }
733         page_cpupid_reset_last(page);
734         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
735                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
736         return 0;
737 }
738
739 /*
740  * Frees a number of pages from the PCP lists
741  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
742  * count is the number of pages to free.
743  *
744  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
745  * see if this freeing clears that state.
746  *
747  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
748  * pinned" detection logic.
749  */
750 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
751                                         struct per_cpu_pages *pcp)
752 {
753         int migratetype = 0;
754         int batch_free = 0;
755         int to_free = count;
756         unsigned long nr_scanned;
757
758         spin_lock(&zone->lock);
759         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
760         if (nr_scanned)
761                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
762
763         while (to_free) {
764                 struct page *page;
765                 struct list_head *list;
766
767                 /*
768                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
769                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
770                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
771                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
772                  * lists
773                  */
774                 do {
775                         batch_free++;
776                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
777                                 migratetype = 0;
778                         list = &pcp->lists[migratetype];
779                 } while (list_empty(list));
780
781                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
782                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
783                         batch_free = to_free;
784
785                 do {
786                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
787
788                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
789                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
790                         list_del(&page->lru);
791                         mt = get_freepage_migratetype(page);
792                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
793                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
794
795                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
796                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
797                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
798                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
799         }
800         spin_unlock(&zone->lock);
801 }
802
803 static void free_one_page(struct zone *zone,
804                                 struct page *page, unsigned long pfn,
805                                 unsigned int order,
806                                 int migratetype)
807 {
808         unsigned long nr_scanned;
809         spin_lock(&zone->lock);
810         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
811         if (nr_scanned)
812                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
813
814         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
815                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
816                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
817         }
818         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
819         spin_unlock(&zone->lock);
820 }
821
822 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
823 {
824         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
825                 return 0;
826         if (unlikely(!PageTail(page))) {
827                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
828                 return 1;
829         }
830         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
831                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
832                 return 1;
833         }
834         return 0;
835 }
836
837 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
838                                 unsigned long zone, int nid)
839 {
840         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
841         init_page_count(page);
842         page_mapcount_reset(page);
843         page_cpupid_reset_last(page);
844
845         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
846 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
847         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
848         if (!is_highmem_idx(zone))
849                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
850 #endif
851 }
852
853 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
854                                         int nid)
855 {
856         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
857 }
858
859 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
860 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
861 {
862         pg_data_t *pgdat;
863         int nid, zid;
864
865         if (!early_page_uninitialised(pfn))
866                 return;
867
868         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
869         pgdat = NODE_DATA(nid);
870
871         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
872                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
873
874                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
875                         break;
876         }
877         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
878 }
879 #else
880 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
881 {
882 }
883 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
884
885 /*
886  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
887  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
888  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
889  * sent to the buddy page allocator.
890  */
891 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
892 {
893         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
894         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
895
896         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
897                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
898                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
899
900                         init_reserved_page(start_pfn);
901                         SetPageReserved(page);
902                 }
903         }
904 }
905
906 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
907 {
908         bool compound = PageCompound(page);
909         int i, bad = 0;
910
911         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
912         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
913
914         trace_mm_page_free(page, order);
915         kmemcheck_free_shadow(page, order);
916         kasan_free_pages(page, order);
917
918         if (PageAnon(page))
919                 page->mapping = NULL;
920         bad += free_pages_check(page);
921         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
922                 if (compound)
923                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
924                 bad += free_pages_check(page + i);
925         }
926         if (bad)
927                 return false;
928
929         reset_page_owner(page, order);
930
931         if (!PageHighMem(page)) {
932                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
933                                            PAGE_SIZE << order);
934                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
935                                            PAGE_SIZE << order);
936         }
937         arch_free_page(page, order);
938         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
939
940         return true;
941 }
942
943 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
944 {
945         unsigned long flags;
946         int migratetype;
947         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
948
949         if (!free_pages_prepare(page, order))
950                 return;
951
952         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
953         local_irq_save(flags);
954         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
955         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
956         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
957         local_irq_restore(flags);
958 }
959
960 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
961                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
962 {
963         unsigned int nr_pages = 1 << order;
964         struct page *p = page;
965         unsigned int loop;
966
967         prefetchw(p);
968         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
969                 prefetchw(p + 1);
970                 __ClearPageReserved(p);
971                 set_page_count(p, 0);
972         }
973         __ClearPageReserved(p);
974         set_page_count(p, 0);
975
976         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
977         set_page_refcounted(page);
978         __free_pages(page, order);
979 }
980
981 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
982         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
983
984 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
985
986 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
987 {
988         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
989         int nid;
990
991         spin_lock(&early_pfn_lock);
992         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
993         if (nid < 0)
994                 nid = 0;
995         spin_unlock(&early_pfn_lock);
996
997         return nid;
998 }
999 #endif
1000
1001 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1002 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1003                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1004 {
1005         int nid;
1006
1007         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1008         if (nid >= 0 && nid != node)
1009                 return false;
1010         return true;
1011 }
1012
1013 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1014 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1015 {
1016         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1017 }
1018
1019 #else
1020
1021 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1022 {
1023         return true;
1024 }
1025 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1026                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1027 {
1028         return true;
1029 }
1030 #endif
1031
1032
1033 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1034                                                         unsigned int order)
1035 {
1036         if (early_page_uninitialised(pfn))
1037                 return;
1038         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1039 }
1040
1041 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1042 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1043                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1044 {
1045         int i;
1046
1047         if (!page)
1048                 return;
1049
1050         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1051         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1052             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1053                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1054                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1055                 return;
1056         }
1057
1058         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1059                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1060 }
1061
1062 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1063 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1064 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1065
1066 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1067 {
1068         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1069                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1070 }
1071
1072 /* Initialise remaining memory on a node */
1073 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1074 {
1075         pg_data_t *pgdat = data;
1076         int nid = pgdat->node_id;
1077         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1078         unsigned long start = jiffies;
1079         unsigned long nr_pages = 0;
1080         unsigned long walk_start, walk_end;
1081         int i, zid;
1082         struct zone *zone;
1083         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1084         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1085
1086         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1087                 pgdat_init_report_one_done();
1088                 return 0;
1089         }
1090
1091         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1092         if (!cpumask_empty(cpumask))
1093                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1094
1095         /* Sanity check boundaries */
1096         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1097         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1098         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1099
1100         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1101         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1102                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1103                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1104                         break;
1105         }
1106
1107         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1108                 unsigned long pfn, end_pfn;
1109                 struct page *page = NULL;
1110                 struct page *free_base_page = NULL;
1111                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1112                 int nr_to_free = 0;
1113
1114                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1115                 pfn = first_init_pfn;
1116                 if (pfn < walk_start)
1117                         pfn = walk_start;
1118                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1119                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1120
1121                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1122                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1123                                 goto free_range;
1124
1125                         /*
1126                          * Ensure pfn_valid is checked every
1127                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1128                          */
1129                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1130                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1131                                         page = NULL;
1132                                         goto free_range;
1133                                 }
1134                         }
1135
1136                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1137                                 page = NULL;
1138                                 goto free_range;
1139                         }
1140
1141                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1142                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1143                                 page++;
1144                         } else {
1145                                 nr_pages += nr_to_free;
1146                                 deferred_free_range(free_base_page,
1147                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1148                                 free_base_page = NULL;
1149                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1150
1151                                 page = pfn_to_page(pfn);
1152                                 cond_resched();
1153                         }
1154
1155                         if (page->flags) {
1156                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1157                                 goto free_range;
1158                         }
1159
1160                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1161                         if (!free_base_page) {
1162                                 free_base_page = page;
1163                                 free_base_pfn = pfn;
1164                                 nr_to_free = 0;
1165                         }
1166                         nr_to_free++;
1167
1168                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1169                         continue;
1170 free_range:
1171                         /* Free the current block of pages to allocator */
1172                         nr_pages += nr_to_free;
1173                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1174                                                                 nr_to_free);
1175                         free_base_page = NULL;
1176                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1177                 }
1178
1179                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1180         }
1181
1182         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1183         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1184
1185         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1186                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1187
1188         pgdat_init_report_one_done();
1189         return 0;
1190 }
1191
1192 void __init page_alloc_init_late(void)
1193 {
1194         int nid;
1195
1196         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1197         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1198         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1199                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1200         }
1201
1202         /* Block until all are initialised */
1203         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 #ifdef CONFIG_CMA
1208 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1209 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1210 {
1211         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1212         struct page *p = page;
1213
1214         do {
1215                 __ClearPageReserved(p);
1216                 set_page_count(p, 0);
1217         } while (++p, --i);
1218
1219         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1220
1221         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1222                 i = pageblock_nr_pages;
1223                 p = page;
1224                 do {
1225                         set_page_refcounted(p);
1226                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1227                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1228                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1229         } else {
1230                 set_page_refcounted(page);
1231                 __free_pages(page, pageblock_order);
1232         }
1233
1234         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1235 }
1236 #endif
1237
1238 /*
1239  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1240  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1241  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1242  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1243  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1244  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1245  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1246  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1247  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1248  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1249  *
1250  * -- nyc
1251  */
1252 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1253         int low, int high, struct free_area *area,
1254         int migratetype)
1255 {
1256         unsigned long size = 1 << high;
1257
1258         while (high > low) {
1259                 area--;
1260                 high--;
1261                 size >>= 1;
1262                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1263
1264                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1265                         debug_guardpage_enabled() &&
1266                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1267                         /*
1268                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1269                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1270                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1271                          * pages will stay not present in virtual address space
1272                          */
1273                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1274                         continue;
1275                 }
1276                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1277                 area->nr_free++;
1278                 set_page_order(&page[size], high);
1279         }
1280 }
1281
1282 /*
1283  * This page is about to be returned from the page allocator
1284  */
1285 static inline int check_new_page(struct page *page)
1286 {
1287         const char *bad_reason = NULL;
1288         unsigned long bad_flags = 0;
1289
1290         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1291                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1292         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1293                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1294         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1295                 bad_reason = "nonzero _count";
1296         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1297                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1298                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1299         }
1300 #ifdef CONFIG_MEMCG
1301         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1302                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1303 #endif
1304         if (unlikely(bad_reason)) {
1305                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1306                 return 1;
1307         }
1308         return 0;
1309 }
1310
1311 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1312                                                                 int alloc_flags)
1313 {
1314         int i;
1315
1316         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1317                 struct page *p = page + i;
1318                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1319                         return 1;
1320         }
1321
1322         set_page_private(page, 0);
1323         set_page_refcounted(page);
1324
1325         arch_alloc_page(page, order);
1326         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1327         kasan_alloc_pages(page, order);
1328
1329         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1330                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1331                         clear_highpage(page + i);
1332
1333         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1334                 prep_compound_page(page, order);
1335
1336         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1337
1338         /*
1339          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1340          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1341          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1342          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1343          */
1344         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1345
1346         return 0;
1347 }
1348
1349 /*
1350  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1351  * the smallest available page from the freelists
1352  */
1353 static inline
1354 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1355                                                 int migratetype)
1356 {
1357         unsigned int current_order;
1358         struct free_area *area;
1359         struct page *page;
1360
1361         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1362         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1363                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1364                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1365                         continue;
1366
1367                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1368                                                         struct page, lru);
1369                 list_del(&page->lru);
1370                 rmv_page_order(page);
1371                 area->nr_free--;
1372                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1373                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1374                 return page;
1375         }
1376
1377         return NULL;
1378 }
1379
1380
1381 /*
1382  * This array describes the order lists are fallen back to when
1383  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1384  */
1385 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1386         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1387         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1388         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1389 #ifdef CONFIG_CMA
1390         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1391 #endif
1392         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1393 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1394         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1395 #endif
1396 };
1397
1398 #ifdef CONFIG_CMA
1399 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1400                                         unsigned int order)
1401 {
1402         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1403 }
1404 #else
1405 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1406                                         unsigned int order) { return NULL; }
1407 #endif
1408
1409 /*
1410  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1411  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1412  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1413  */
1414 int move_freepages(struct zone *zone,
1415                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1416                           int migratetype)
1417 {
1418         struct page *page;
1419         unsigned long order;
1420         int pages_moved = 0;
1421
1422 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1423         /*
1424          * page_zone is not safe to call in this context when
1425          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1426          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1427          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1428          * grouping pages by mobility
1429          */
1430         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1431 #endif
1432
1433         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1434                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1435                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1436
1437                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1438                         page++;
1439                         continue;
1440                 }
1441
1442                 if (!PageBuddy(page)) {
1443                         page++;
1444                         continue;
1445                 }
1446
1447                 order = page_order(page);
1448                 list_move(&page->lru,
1449                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1450                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1451                 page += 1 << order;
1452                 pages_moved += 1 << order;
1453         }
1454
1455         return pages_moved;
1456 }
1457
1458 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1459                                 int migratetype)
1460 {
1461         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1462         struct page *start_page, *end_page;
1463
1464         start_pfn = page_to_pfn(page);
1465         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1466         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1467         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1468         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1469
1470         /* Do not cross zone boundaries */
1471         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1472                 start_page = page;
1473         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1474                 return 0;
1475
1476         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1477 }
1478
1479 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1480                                         int start_order, int migratetype)
1481 {
1482         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1483
1484         while (nr_pageblocks--) {
1485                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1486                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1487         }
1488 }
1489
1490 /*
1491  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1492  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1493  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1494  *
1495  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1496  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1497  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1498  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1499  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1500  * pageblocks.
1501  */
1502 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1503 {
1504         /*
1505          * Leaving this order check is intended, although there is
1506          * relaxed order check in next check. The reason is that
1507          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1508          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1509          * so could be changed anytime.
1510          */
1511         if (order >= pageblock_order)
1512                 return true;
1513
1514         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1515                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1516                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1517                 page_group_by_mobility_disabled)
1518                 return true;
1519
1520         return false;
1521 }
1522
1523 /*
1524  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1525  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1526  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1527  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1528  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1529  */
1530 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1531                                                           int start_type)
1532 {
1533         int current_order = page_order(page);
1534         int pages;
1535
1536         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1537         if (current_order >= pageblock_order) {
1538                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1539                 return;
1540         }
1541
1542         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1543
1544         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1545         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1546                         page_group_by_mobility_disabled)
1547                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1552  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1553  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1554  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1555  */
1556 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1557                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1558 {
1559         int i;
1560         int fallback_mt;
1561
1562         if (area->nr_free == 0)
1563                 return -1;
1564
1565         *can_steal = false;
1566         for (i = 0;; i++) {
1567                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1568                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1569                         break;
1570
1571                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1572                         continue;
1573
1574                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1575                         *can_steal = true;
1576
1577                 if (!only_stealable)
1578                         return fallback_mt;
1579
1580                 if (*can_steal)
1581                         return fallback_mt;
1582         }
1583
1584         return -1;
1585 }
1586
1587 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1588 static inline struct page *
1589 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1590 {
1591         struct free_area *area;
1592         unsigned int current_order;
1593         struct page *page;
1594         int fallback_mt;
1595         bool can_steal;
1596
1597         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1598         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1599                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1600                                 --current_order) {
1601                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1602                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1603                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1604                 if (fallback_mt == -1)
1605                         continue;
1606
1607                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1608                                                 struct page, lru);
1609                 if (can_steal)
1610                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1611
1612                 /* Remove the page from the freelists */
1613                 area->nr_free--;
1614                 list_del(&page->lru);
1615                 rmv_page_order(page);
1616
1617                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1618                                         start_migratetype);
1619                 /*
1620                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1621                  * migratetype depending on the decisions in
1622                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1623                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1624                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1625                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1626                  */
1627                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1628
1629                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1630                         start_migratetype, fallback_mt);
1631
1632                 return page;
1633         }
1634
1635         return NULL;
1636 }
1637
1638 /*
1639  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1640  * Call me with the zone->lock already held.
1641  */
1642 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1643                                                 int migratetype)
1644 {
1645         struct page *page;
1646
1647 retry_reserve:
1648         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1649
1650         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1651                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1652                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1653
1654                 if (!page)
1655                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1656
1657                 /*
1658                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1659                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1660                  * and we want just one call site
1661                  */
1662                 if (!page) {
1663                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1664                         goto retry_reserve;
1665                 }
1666         }
1667
1668         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1669         return page;
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1674  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1675  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1676  */
1677 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1678                         unsigned long count, struct list_head *list,
1679                         int migratetype, bool cold)
1680 {
1681         int i;
1682
1683         spin_lock(&zone->lock);
1684         for (i = 0; i < count; ++i) {
1685                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1686                 if (unlikely(page == NULL))
1687                         break;
1688
1689                 /*
1690                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1691                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1692                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1693                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1694                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1695                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1696                  * properly.
1697                  */
1698                 if (likely(!cold))
1699                         list_add(&page->lru, list);
1700                 else
1701                         list_add_tail(&page->lru, list);
1702                 list = &page->lru;
1703                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1704                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1705                                               -(1 << order));
1706         }
1707         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1708         spin_unlock(&zone->lock);
1709         return i;
1710 }
1711
1712 #ifdef CONFIG_NUMA
1713 /*
1714  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1715  * currently executing processor on remote nodes after they have
1716  * expired.
1717  *
1718  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1719  * a single processor.
1720  */
1721 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1722 {
1723         unsigned long flags;
1724         int to_drain, batch;
1725
1726         local_irq_save(flags);
1727         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1728         to_drain = min(pcp->count, batch);
1729         if (to_drain > 0) {
1730                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1731                 pcp->count -= to_drain;
1732         }
1733         local_irq_restore(flags);
1734 }
1735 #endif
1736
1737 /*
1738  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1739  *
1740  * The processor must either be the current processor and the
1741  * thread pinned to the current processor or a processor that
1742  * is not online.
1743  */
1744 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1745 {
1746         unsigned long flags;
1747         struct per_cpu_pageset *pset;
1748         struct per_cpu_pages *pcp;
1749
1750         local_irq_save(flags);
1751         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1752
1753         pcp = &pset->pcp;
1754         if (pcp->count) {
1755                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1756                 pcp->count = 0;
1757         }
1758         local_irq_restore(flags);
1759 }
1760
1761 /*
1762  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1763  *
1764  * The processor must either be the current processor and the
1765  * thread pinned to the current processor or a processor that
1766  * is not online.
1767  */
1768 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1769 {
1770         struct zone *zone;
1771
1772         for_each_populated_zone(zone) {
1773                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1774         }
1775 }
1776
1777 /*
1778  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1779  *
1780  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1781  * the single zone's pages.
1782  */
1783 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1784 {
1785         int cpu = smp_processor_id();
1786
1787         if (zone)
1788                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1789         else
1790                 drain_pages(cpu);
1791 }
1792
1793 /*
1794  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1795  *
1796  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1797  *
1798  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1799  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1800  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1801  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1802  * before the call to on_each_cpu_mask().
1803  */
1804 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1805 {
1806         int cpu;
1807
1808         /*
1809          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1810          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1811          */
1812         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1813
1814         /*
1815          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1816          * as offline notification will cause the notified
1817          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1818          * disables preemption as part of its processing
1819          */
1820         for_each_online_cpu(cpu) {
1821                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1822                 struct zone *z;
1823                 bool has_pcps = false;
1824
1825                 if (zone) {
1826                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1827                         if (pcp->pcp.count)
1828                                 has_pcps = true;
1829                 } else {
1830                         for_each_populated_zone(z) {
1831                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1832                                 if (pcp->pcp.count) {
1833                                         has_pcps = true;
1834                                         break;
1835                                 }
1836                         }
1837                 }
1838
1839                 if (has_pcps)
1840                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1841                 else
1842                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1843         }
1844         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1845                                                                 zone, 1);
1846 }
1847
1848 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1849
1850 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1851 {
1852         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1853         unsigned long flags;
1854         unsigned int order, t;
1855         struct list_head *curr;
1856
1857         if (zone_is_empty(zone))
1858                 return;
1859
1860         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1861
1862         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1863         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1864                 if (pfn_valid(pfn)) {
1865                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1866
1867                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1868                                 swsusp_unset_page_free(page);
1869                 }
1870
1871         for_each_migratetype_order(order, t) {
1872                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1873                         unsigned long i;
1874
1875                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1876                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1877                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1878                 }
1879         }
1880         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1881 }
1882 #endif /* CONFIG_PM */
1883
1884 /*
1885  * Free a 0-order page
1886  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1887  */
1888 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1889 {
1890         struct zone *zone = page_zone(page);
1891         struct per_cpu_pages *pcp;
1892         unsigned long flags;
1893         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1894         int migratetype;
1895
1896         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1897                 return;
1898
1899         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1900         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1901         local_irq_save(flags);
1902         __count_vm_event(PGFREE);
1903
1904         /*
1905          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1906          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1907          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1908          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1909          * excessively into the page allocator
1910          */
1911         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1912                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1913                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1914                         goto out;
1915                 }
1916                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1917         }
1918
1919         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1920         if (!cold)
1921                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1922         else
1923                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1924         pcp->count++;
1925         if (pcp->count >= pcp->high) {
1926                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1927                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1928                 pcp->count -= batch;
1929         }
1930
1931 out:
1932         local_irq_restore(flags);
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Free a list of 0-order pages
1937  */
1938 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1939 {
1940         struct page *page, *next;
1941
1942         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1943                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1944                 free_hot_cold_page(page, cold);
1945         }
1946 }
1947
1948 /*
1949  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1950  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1951  * Each sub-page must be freed individually.
1952  *
1953  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1954  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1955  */
1956 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1957 {
1958         int i;
1959         gfp_t gfp_mask;
1960
1961         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1962         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1963
1964 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1965         /*
1966          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1967          * otherwise free the whole shadow.
1968          */
1969         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1970                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1971 #endif
1972
1973         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
1974         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
1975         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1976                 set_page_refcounted(page + i);
1977                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
1978         }
1979 }
1980 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1981
1982 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1983 {
1984         unsigned long watermark;
1985         struct zone *zone;
1986         int mt;
1987
1988         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1989
1990         zone = page_zone(page);
1991         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1992
1993         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1994                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1995                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1996                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1997                         return 0;
1998
1999                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2000         }
2001
2002         /* Remove page from free list */
2003         list_del(&page->lru);
2004         zone->free_area[order].nr_free--;
2005         rmv_page_order(page);
2006
2007         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2008
2009         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2010         if (order >= pageblock_order - 1) {
2011                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2012                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2013                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2014                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2015                                 set_pageblock_migratetype(page,
2016                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2017                 }
2018         }
2019
2020
2021         return 1UL << order;
2022 }
2023
2024 /*
2025  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2026  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2027  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2028  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2029  * are enabled.
2030  *
2031  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2032  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2033  */
2034 int split_free_page(struct page *page)
2035 {
2036         unsigned int order;
2037         int nr_pages;
2038
2039         order = page_order(page);
2040
2041         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2042         if (!nr_pages)
2043                 return 0;
2044
2045         /* Split into individual pages */
2046         set_page_refcounted(page);
2047         split_page(page, order);
2048         return nr_pages;
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2053  */
2054 static inline
2055 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2056                         struct zone *zone, unsigned int order,
2057                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2058 {
2059         unsigned long flags;
2060         struct page *page;
2061         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2062
2063         if (likely(order == 0)) {
2064                 struct per_cpu_pages *pcp;
2065                 struct list_head *list;
2066
2067                 local_irq_save(flags);
2068                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2069                 list = &pcp->lists[migratetype];
2070                 if (list_empty(list)) {
2071                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2072                                         pcp->batch, list,
2073                                         migratetype, cold);
2074                         if (unlikely(list_empty(list)))
2075                                 goto failed;
2076                 }
2077
2078                 if (cold)
2079                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2080                 else
2081                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2082
2083                 list_del(&page->lru);
2084                 pcp->count--;
2085         } else {
2086                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2087                         /*
2088                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2089                          *
2090                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2091                          * properly detect and handle allocation failures.
2092                          *
2093                          * We most definitely don't want callers attempting to
2094                          * allocate greater than order-1 page units with
2095                          * __GFP_NOFAIL.
2096                          */
2097                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2098                 }
2099                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2100                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2101                 spin_unlock(&zone->lock);
2102                 if (!page)
2103                         goto failed;
2104                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2105                                           get_freepage_migratetype(page));
2106         }
2107
2108         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2109         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2110             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2111                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2112
2113         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2114         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2115         local_irq_restore(flags);
2116
2117         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2118         return page;
2119
2120 failed:
2121         local_irq_restore(flags);
2122         return NULL;
2123 }
2124
2125 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2126
2127 static struct {
2128         struct fault_attr attr;
2129
2130         u32 ignore_gfp_highmem;
2131         u32 ignore_gfp_wait;
2132         u32 min_order;
2133 } fail_page_alloc = {
2134         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2135         .ignore_gfp_wait = 1,
2136         .ignore_gfp_highmem = 1,
2137         .min_order = 1,
2138 };
2139
2140 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2141 {
2142         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2143 }
2144 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2145
2146 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2147 {
2148         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2149                 return false;
2150         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2151                 return false;
2152         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2153                 return false;
2154         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2155                 return false;
2156
2157         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2158 }
2159
2160 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2161
2162 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2163 {
2164         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2165         struct dentry *dir;
2166
2167         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2168                                         &fail_page_alloc.attr);
2169         if (IS_ERR(dir))
2170                 return PTR_ERR(dir);
2171
2172         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2173                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2174                 goto fail;
2175         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2176                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2177                 goto fail;
2178         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2179                                 &fail_page_alloc.min_order))
2180                 goto fail;
2181
2182         return 0;
2183 fail:
2184         debugfs_remove_recursive(dir);
2185
2186         return -ENOMEM;
2187 }
2188
2189 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2190
2191 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2192
2193 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2194
2195 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2196 {
2197         return false;
2198 }
2199
2200 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2201
2202 /*
2203  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2204  * of the allocation.
2205  */
2206 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2207                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2208                         long free_pages)
2209 {
2210         /* free_pages may go negative - that's OK */
2211         long min = mark;
2212         int o;
2213         long free_cma = 0;
2214
2215         free_pages -= (1 << order) - 1;
2216         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2217                 min -= min / 2;
2218         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2219                 min -= min / 4;
2220 #ifdef CONFIG_CMA
2221         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2222         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2223                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2224 #endif
2225
2226         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2227                 return false;
2228         for (o = 0; o < order; o++) {
2229                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2230                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2231
2232                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2233                 min >>= 1;
2234
2235                 if (free_pages <= min)
2236                         return false;
2237         }
2238         return true;
2239 }
2240
2241 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2242                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2243 {
2244         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2245                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2246 }
2247
2248 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2249                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2250 {
2251         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2252
2253         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2254                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2255
2256         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2257                                                                 free_pages);
2258 }
2259
2260 #ifdef CONFIG_NUMA
2261 /*
2262  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2263  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2264  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2265  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2266  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2267  *
2268  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2269  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2270  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2271  *
2272  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2273  * nothing and returns NULL.
2274  *
2275  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2276  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2277  *
2278  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2279  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2280  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2281  * quickly as we can.
2282  */
2283 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2284 {
2285         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2286         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2287
2288         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2289         if (!zlc)
2290                 return NULL;
2291
2292         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2293                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2294                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2295         }
2296
2297         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2298                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2299                                         &node_states[N_MEMORY];
2300         return allowednodes;
2301 }
2302
2303 /*
2304  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2305  * if it is worth looking at further for free memory:
2306  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2307  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2308  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2309  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2310  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2311  * else return false (zero) if it is not.
2312  *
2313  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2314  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2315  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2316  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2317  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2318  * into the second scan of the zonelist.
2319  *
2320  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2321  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2322  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2323  * unturned looking for a free page.
2324  */
2325 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2326                                                 nodemask_t *allowednodes)
2327 {
2328         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2329         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2330         int n;                          /* node that zone *z is on */
2331
2332         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2333         if (!zlc)
2334                 return 1;
2335
2336         i = z - zonelist->_zonerefs;
2337         n = zlc->z_to_n[i];
2338
2339         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2340         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2341 }
2342
2343 /*
2344  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2345  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2346  * from that zone don't waste time re-examining it.
2347  */
2348 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2349 {
2350         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2351         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2352
2353         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2354         if (!zlc)
2355                 return;
2356
2357         i = z - zonelist->_zonerefs;
2358
2359         set_bit(i, zlc->fullzones);
2360 }
2361
2362 /*
2363  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2364  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2365  */
2366 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2367 {
2368         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2369
2370         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2371         if (!zlc)
2372                 return;
2373
2374         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2375 }
2376
2377 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2378 {
2379         return local_zone->node == zone->node;
2380 }
2381
2382 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2383 {
2384         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2385                                 RECLAIM_DISTANCE;
2386 }
2387
2388 #else   /* CONFIG_NUMA */
2389
2390 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2391 {
2392         return NULL;
2393 }
2394
2395 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2396                                 nodemask_t *allowednodes)
2397 {
2398         return 1;
2399 }
2400
2401 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2402 {
2403 }
2404
2405 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2406 {
2407 }
2408
2409 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2410 {
2411         return true;
2412 }
2413
2414 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2415 {
2416         return true;
2417 }
2418
2419 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2420
2421 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2422 {
2423         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2424
2425         do {
2426                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2427                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2428                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2429                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2430         } while (zone++ != preferred_zone);
2431 }
2432
2433 /*
2434  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2435  * a page.
2436  */
2437 static struct page *
2438 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2439                                                 const struct alloc_context *ac)
2440 {
2441         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2442         struct zoneref *z;
2443         struct page *page = NULL;
2444         struct zone *zone;
2445         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2446         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2447         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2448         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2449                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2450         int nr_fair_skipped = 0;
2451         bool zonelist_rescan;
2452
2453 zonelist_scan:
2454         zonelist_rescan = false;
2455
2456         /*
2457          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2458          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2459          */
2460         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2461                                                                 ac->nodemask) {
2462                 unsigned long mark;
2463
2464                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2465                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2466                                 continue;
2467                 if (cpusets_enabled() &&
2468                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2469                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2470                                 continue;
2471                 /*
2472                  * Distribute pages in proportion to the individual
2473                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2474                  * page was allocated in should have no effect on the
2475                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2476                  */
2477                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2478                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2479                                 break;
2480                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2481                                 nr_fair_skipped++;
2482                                 continue;
2483                         }
2484                 }
2485                 /*
2486                  * When allocating a page cache page for writing, we
2487                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2488                  * limit, such that no single zone holds more than its
2489                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2490                  * The dirty limits take into account the zone's
2491                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2492                  * should be able to balance it without having to
2493                  * write pages from its LRU list.
2494                  *
2495                  * This may look like it could increase pressure on
2496                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2497                  * before they are full.  But the pages that do spill
2498                  * over are limited as the lower zones are protected
2499                  * by this very same mechanism.  It should not become
2500                  * a practical burden to them.
2501                  *
2502                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2503                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2504                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2505                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2506                  * zones are together not big enough to reach the
2507                  * global limit.  The proper fix for these situations
2508                  * will require awareness of zones in the
2509                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2510                  */
2511                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2512                         continue;
2513
2514                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2515                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2516                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2517                         int ret;
2518
2519                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2520                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2521                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2522                                 goto try_this_zone;
2523
2524                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2525                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2526                                 /*
2527                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2528                                  * and before considering the first zone allowed
2529                                  * by the cpuset.
2530                                  */
2531                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2532                                 zlc_active = 1;
2533                                 did_zlc_setup = 1;
2534                         }
2535
2536                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2537                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2538                                 goto this_zone_full;
2539
2540                         /*
2541                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2542                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2543                          */
2544                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2545                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2546                                 continue;
2547
2548                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2549                         switch (ret) {
2550                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2551                                 /* did not scan */
2552                                 continue;
2553                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2554                                 /* scanned but unreclaimable */
2555                                 continue;
2556                         default:
2557                                 /* did we reclaim enough */
2558                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2559                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2560                                         goto try_this_zone;
2561
2562                                 /*
2563                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2564                                  * Only mark the zone full if checking the min
2565                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2566                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2567                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2568                                  * when the watermark is between the low and
2569                                  * min watermarks.
2570                                  */
2571                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2572                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2573                                         goto this_zone_full;
2574
2575                                 continue;
2576                         }
2577                 }
2578
2579 try_this_zone:
2580                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2581                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2582                 if (page) {
2583                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2584                                 goto try_this_zone;
2585                         return page;
2586                 }
2587 this_zone_full:
2588                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2589                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2590         }
2591
2592         /*
2593          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2594          * local node.  However, the local node might have free pages left
2595          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2596          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2597          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2598          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2599          */
2600         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2601                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2602                 if (nr_fair_skipped) {
2603                         zonelist_rescan = true;
2604                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2605                 }
2606                 if (nr_online_nodes > 1)
2607                         zonelist_rescan = true;
2608         }
2609
2610         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2611                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2612                 zlc_active = 0;
2613                 zonelist_rescan = true;
2614         }
2615
2616         if (zonelist_rescan)
2617                 goto zonelist_scan;
2618
2619         return NULL;
2620 }
2621
2622 /*
2623  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2624  * meminfo in irq context.
2625  */
2626 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2627 {
2628         bool ret = false;
2629
2630 #if NODES_SHIFT > 8
2631         ret = in_interrupt();
2632 #endif
2633         return ret;
2634 }
2635
2636 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2637                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2638                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2639
2640 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2641 {
2642         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2643
2644         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2645             debug_guardpage_minorder() > 0)
2646                 return;
2647
2648         /*
2649          * This documents exceptions given to allocations in certain
2650          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2651          * of allowed nodes.
2652          */
2653         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2654                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2655                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2656                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2657         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2658                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2659
2660         if (fmt) {
2661                 struct va_format vaf;
2662                 va_list args;
2663
2664                 va_start(args, fmt);
2665
2666                 vaf.fmt = fmt;
2667                 vaf.va = &args;
2668
2669                 pr_warn("%pV", &vaf);
2670
2671                 va_end(args);
2672         }
2673
2674         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2675                 current->comm, order, gfp_mask);
2676
2677         dump_stack();
2678         if (!should_suppress_show_mem())
2679                 show_mem(filter);
2680 }
2681
2682 static inline struct page *
2683 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2684         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2685 {
2686         struct page *page;
2687
2688         *did_some_progress = 0;
2689
2690         /*
2691          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2692          * making progress for us.
2693          */
2694         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2695                 *did_some_progress = 1;
2696                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2697                 return NULL;
2698         }
2699
2700         /*
2701          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2702          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2703          * we're still under heavy pressure.
2704          */
2705         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2706                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2707         if (page)
2708                 goto out;
2709
2710         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2711                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2712                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2713                         goto out;
2714                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2715                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2716                         goto out;
2717                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2718                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2719                         goto out;
2720                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2721                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2722                         /*
2723                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2724                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2725                          * keep looping as per tradition.
2726                          */
2727                         *did_some_progress = 1;
2728                         goto out;
2729                 }
2730                 if (pm_suspended_storage())
2731                         goto out;
2732                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2733                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2734                         goto out;
2735         }
2736         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2737         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2738                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2739                 *did_some_progress = 1;
2740 out:
2741         mutex_unlock(&oom_lock);
2742         return page;
2743 }
2744
2745 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2746 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2747 static struct page *
2748 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2749                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2750                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2751                 bool *deferred_compaction)
2752 {
2753         unsigned long compact_result;
2754         struct page *page;
2755
2756         if (!order)
2757                 return NULL;
2758
2759         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2760         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2761                                                 mode, contended_compaction);
2762         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2763
2764         switch (compact_result) {
2765         case COMPACT_DEFERRED:
2766                 *deferred_compaction = true;
2767                 /* fall-through */
2768         case COMPACT_SKIPPED:
2769                 return NULL;
2770         default:
2771                 break;
2772         }
2773
2774         /*
2775          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2776          * count a compaction stall
2777          */
2778         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2779
2780         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2781                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2782
2783         if (page) {
2784                 struct zone *zone = page_zone(page);
2785
2786                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2787                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2788                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2789                 return page;
2790         }
2791
2792         /*
2793          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2794          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2795          */
2796         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2797
2798         cond_resched();
2799
2800         return NULL;
2801 }
2802 #else
2803 static inline struct page *
2804 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2805                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2806                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2807                 bool *deferred_compaction)
2808 {
2809         return NULL;
2810 }
2811 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2812
2813 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2814 static int
2815 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2816                                         const struct alloc_context *ac)
2817 {
2818         struct reclaim_state reclaim_state;
2819         int progress;
2820
2821         cond_resched();
2822
2823         /* We now go into synchronous reclaim */
2824         cpuset_memory_pressure_bump();
2825         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2826         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2827         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2828         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2829
2830         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2831                                                                 ac->nodemask);
2832
2833         current->reclaim_state = NULL;
2834         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2835         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2836
2837         cond_resched();
2838
2839         return progress;
2840 }
2841
2842 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2843 static inline struct page *
2844 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2845                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2846                 unsigned long *did_some_progress)
2847 {
2848         struct page *page = NULL;
2849         bool drained = false;
2850
2851         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2852         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2853                 return NULL;
2854
2855         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2856         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2857                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2858
2859 retry:
2860         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2861                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2862
2863         /*
2864          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2865          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2866          */
2867         if (!page && !drained) {
2868                 drain_all_pages(NULL);
2869                 drained = true;
2870                 goto retry;
2871         }
2872
2873         return page;
2874 }
2875
2876 /*
2877  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2878  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2879  */
2880 static inline struct page *
2881 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2882                                 const struct alloc_context *ac)
2883 {
2884         struct page *page;
2885
2886         do {
2887                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2888                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2889
2890                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2891                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2892                                                                         HZ/50);
2893         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2894
2895         return page;
2896 }
2897
2898 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2899 {
2900         struct zoneref *z;
2901         struct zone *zone;
2902
2903         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2904                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2905                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2906 }
2907
2908 static inline int
2909 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2910 {
2911         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2912         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2913
2914         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2915         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2916
2917         /*
2918          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2919          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2920          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2921          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2922          */
2923         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2924
2925         if (atomic) {
2926                 /*
2927                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2928                  * if it can't schedule.
2929                  */
2930                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2931                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2932                 /*
2933                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2934                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2935                  */
2936                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2937         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2938                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2939
2940         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2941                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2942                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2943                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2944                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2945                 else if (!in_interrupt() &&
2946                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2947                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2948                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2949         }
2950 #ifdef CONFIG_CMA
2951         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2952                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2953 #endif
2954         return alloc_flags;
2955 }
2956
2957 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2958 {
2959         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2960 }
2961
2962 static inline struct page *
2963 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2964                                                 struct alloc_context *ac)
2965 {
2966         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2967         struct page *page = NULL;
2968         int alloc_flags;
2969         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2970         unsigned long did_some_progress;
2971         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2972         bool deferred_compaction = false;
2973         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2974
2975         /*
2976          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2977          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2978          * be using allocators in order of preference for an area that is
2979          * too large.
2980          */
2981         if (order >= MAX_ORDER) {
2982                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2983                 return NULL;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2988          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2989          * speculative node-specific allocation.
2990          */
2991         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2992                 goto nopage;
2993
2994 retry:
2995         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2996                 wake_all_kswapds(order, ac);
2997
2998         /*
2999          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3000          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3001          * to how we want to proceed.
3002          */
3003         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3004
3005         /*
3006          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3007          * cpusets.
3008          */
3009         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3010                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3011                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3012                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3013                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3014         }
3015
3016         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3017         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3018                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3019         if (page)
3020                 goto got_pg;
3021
3022         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3023         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3024                 /*
3025                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3026                  * the allocation is high priority and these type of
3027                  * allocations are system rather than user orientated
3028                  */
3029                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3030
3031                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3032
3033                 if (page) {
3034                         goto got_pg;
3035                 }
3036         }
3037
3038         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
3039         if (!wait) {
3040                 /*
3041                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3042                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3043                  * type of allocation to fail.
3044                  */
3045                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3046                 goto nopage;
3047         }
3048
3049         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3050         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3051                 goto nopage;
3052
3053         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3054         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3055                 goto nopage;
3056
3057         /*
3058          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3059          * attempts after direct reclaim are synchronous
3060          */
3061         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3062                                         migration_mode,
3063                                         &contended_compaction,
3064                                         &deferred_compaction);
3065         if (page)
3066                 goto got_pg;
3067
3068         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3069         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3070                 /*
3071                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3072                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3073                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3074                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3075                  * instead of entering direct reclaim.
3076                  */
3077                 if (deferred_compaction)
3078                         goto nopage;
3079
3080                 /*
3081                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3082                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3083                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3084                  * so we fallback to base pages instead.
3085                  */
3086                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3087                         goto nopage;
3088
3089                 /*
3090                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3091                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3092                  * khugepaged trying to collapse.
3093                  */
3094                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3095                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3096                         goto nopage;
3097         }
3098
3099         /*
3100          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3101          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3102          * khugepaged trying to collapse.
3103          */
3104         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3105                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3106                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3107
3108         /* Try direct reclaim and then allocating */
3109         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3110                                                         &did_some_progress);
3111         if (page)
3112                 goto got_pg;
3113
3114         /* Do not loop if specifically requested */
3115         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3116                 goto noretry;
3117
3118         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3119         pages_reclaimed += did_some_progress;
3120         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3121             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3122                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3123                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3124                 goto retry;
3125         }
3126
3127         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3128         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3129         if (page)
3130                 goto got_pg;
3131
3132         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3133         if (did_some_progress)
3134                 goto retry;
3135
3136 noretry:
3137         /*
3138          * High-order allocations do not necessarily loop after
3139          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3140          * being called after reclaim so call directly if necessary
3141          */
3142         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3143                                             ac, migration_mode,
3144                                             &contended_compaction,
3145                                             &deferred_compaction);
3146         if (page)
3147                 goto got_pg;
3148 nopage:
3149         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3150 got_pg:
3151         return page;
3152 }
3153
3154 /*
3155  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3156  */
3157 struct page *
3158 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3159                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3160 {
3161         struct zoneref *preferred_zoneref;
3162         struct page *page = NULL;
3163         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3164         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3165         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3166         struct alloc_context ac = {
3167                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3168                 .nodemask = nodemask,
3169                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3170         };
3171
3172         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3173
3174         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3175
3176         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3177
3178         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3179                 return NULL;
3180
3181         /*
3182          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3183          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3184          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3185          */
3186         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3187                 return NULL;
3188
3189         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3190                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3191
3192 retry_cpuset:
3193         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3194
3195         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3196         ac.zonelist = zonelist;
3197         /* The preferred zone is used for statistics later */
3198         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3199                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3200                                 &ac.preferred_zone);
3201         if (!ac.preferred_zone)
3202                 goto out;
3203         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3204
3205         /* First allocation attempt */
3206         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3207         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3208         if (unlikely(!page)) {
3209                 /*
3210                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3211                  * can deadlock because I/O on the device might not
3212                  * complete.
3213                  */
3214                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3215
3216                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3217         }
3218
3219         if (kmemcheck_enabled && page)
3220                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3221
3222         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3223
3224 out:
3225         /*
3226          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3227          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3228          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3229          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3230          */
3231         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3232                 goto retry_cpuset;
3233
3234         return page;
3235 }
3236 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3237
3238 /*
3239  * Common helper functions.
3240  */
3241 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3242 {
3243         struct page *page;
3244
3245         /*
3246          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3247          * a highmem page
3248          */
3249         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3250
3251         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3252         if (!page)
3253                 return 0;
3254         return (unsigned long) page_address(page);
3255 }
3256 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3257
3258 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3259 {
3260         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3261 }
3262 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3263
3264 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3265 {
3266         if (put_page_testzero(page)) {
3267                 if (order == 0)
3268                         free_hot_cold_page(page, false);
3269                 else
3270                         __free_pages_ok(page, order);
3271         }
3272 }
3273
3274 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3275
3276 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3277 {
3278         if (addr != 0) {
3279                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3280                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3281         }
3282 }
3283
3284 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3285
3286 /*
3287  * Page Fragment:
3288  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3289  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3290  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3291  *
3292  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3293  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3294  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3295  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3296  */
3297 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3298                                        gfp_t gfp_mask)
3299 {
3300         struct page *page = NULL;
3301         gfp_t gfp = gfp_mask;
3302
3303 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3304         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3305                     __GFP_NOMEMALLOC;
3306         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3307                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3308         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3309 #endif
3310         if (unlikely(!page))
3311                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3312
3313         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3314
3315         return page;
3316 }
3317
3318 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3319                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3320 {
3321         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3322         struct page *page;
3323         int offset;
3324
3325         if (unlikely(!nc->va)) {
3326 refill:
3327                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3328                 if (!page)
3329                         return NULL;
3330
3331 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3332                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3333                 size = nc->size;
3334 #endif
3335                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3336                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3337                  */
3338                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3339
3340                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3341                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3342                 nc->pagecnt_bias = size;
3343                 nc->offset = size;
3344         }
3345
3346         offset = nc->offset - fragsz;
3347         if (unlikely(offset < 0)) {
3348                 page = virt_to_page(nc->va);
3349
3350                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3351                         goto refill;
3352
3353 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3354                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3355                 size = nc->size;
3356 #endif
3357                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3358                 atomic_set(&page->_count, size);
3359
3360                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3361                 nc->pagecnt_bias = size;
3362                 offset = size - fragsz;
3363         }
3364
3365         nc->pagecnt_bias--;
3366         nc->offset = offset;
3367
3368         return nc->va + offset;
3369 }
3370 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3371
3372 /*
3373  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3374  */
3375 void __free_page_frag(void *addr)
3376 {
3377         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3378
3379         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3380                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3381 }
3382 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3383
3384 /*
3385  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3386  * of the current memory cgroup.
3387  *
3388  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3389  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3390  */
3391 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3392 {
3393         struct page *page;
3394         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3395
3396         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3397                 return NULL;
3398         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3399         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3400         return page;
3401 }
3402
3403 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3404 {
3405         struct page *page;
3406         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3407
3408         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3409                 return NULL;
3410         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3411         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3412         return page;
3413 }
3414
3415 /*
3416  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3417  * alloc_kmem_pages.
3418  */
3419 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3420 {
3421         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3422         __free_pages(page, order);
3423 }
3424
3425 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3426 {
3427         if (addr != 0) {
3428                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3429                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3430         }
3431 }
3432
3433 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3434 {
3435         if (addr) {
3436                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3437                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3438
3439                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3440                 while (used < alloc_end) {
3441                         free_page(used);
3442                         used += PAGE_SIZE;
3443                 }
3444         }
3445         return (void *)addr;
3446 }
3447
3448 /**
3449  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3450  * @size: the number of bytes to allocate
3451  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3452  *
3453  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3454  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3455  * allocate memory in power-of-two pages.
3456  *
3457  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3458  *
3459  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3460  */
3461 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3462 {
3463         unsigned int order = get_order(size);
3464         unsigned long addr;
3465
3466         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3467         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3468 }
3469 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3470
3471 /**
3472  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3473  *                         pages on a node.
3474  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3475  * @size: the number of bytes to allocate
3476  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3477  *
3478  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3479  * back.
3480  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3481  * but is not exact.
3482  */
3483 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3484 {
3485         unsigned order = get_order(size);
3486         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3487         if (!p)
3488                 return NULL;
3489         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3490 }
3491
3492 /**
3493  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3494  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3495  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3496  *
3497  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3498  */
3499 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3500 {
3501         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3502         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3503
3504         while (addr < end) {
3505                 free_page(addr);
3506                 addr += PAGE_SIZE;
3507         }
3508 }
3509 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3510
3511 /**
3512  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3513  * @offset: The zone index of the highest zone
3514  *
3515  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3516  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3517  * zone, the number of pages is calculated as:
3518  *     managed_pages - high_pages
3519  */
3520 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3521 {
3522         struct zoneref *z;
3523         struct zone *zone;
3524
3525         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3526         unsigned long sum = 0;
3527
3528         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3529
3530         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3531                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3532                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3533                 if (size > high)
3534                         sum += size - high;
3535         }
3536
3537         return sum;
3538 }
3539
3540 /**
3541  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3542  *
3543  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3544  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3545  */
3546 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3547 {
3548         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3549 }
3550 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3551
3552 /**
3553  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3554  *
3555  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3556  * high watermark within all zones.
3557  */
3558 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3559 {
3560         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3561 }
3562
3563 static inline void show_node(struct zone *zone)
3564 {
3565         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3566                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3567 }
3568
3569 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3570 {
3571         val->totalram = totalram_pages;
3572         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3573         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3574         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3575         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3576         val->freehigh = nr_free_highpages();
3577         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3578 }
3579
3580 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3581
3582 #ifdef CONFIG_NUMA
3583 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3584 {
3585         int zone_type;          /* needs to be signed */
3586         unsigned long managed_pages = 0;
3587         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3588
3589         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3590                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3591         val->totalram = managed_pages;
3592         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3593         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3594 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3595         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3596         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3597                         NR_FREE_PAGES);
3598 #else
3599         val->totalhigh = 0;
3600         val->freehigh = 0;
3601 #endif
3602         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3603 }
3604 #endif
3605
3606 /*
3607  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3608  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3609  */
3610 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3611 {
3612         bool ret = false;
3613         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3614
3615         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3616                 goto out;
3617
3618         do {
3619                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3620                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3621         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3622 out:
3623         return ret;
3624 }
3625
3626 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3627
3628 static void show_migration_types(unsigned char type)
3629 {
3630         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3631                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3632                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3633                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3634                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3635 #ifdef CONFIG_CMA
3636                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3637 #endif
3638 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3639                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3640 #endif
3641         };
3642         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3643         char *p = tmp;
3644         int i;
3645
3646         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3647                 if (type & (1 << i))
3648                         *p++ = types[i];
3649         }
3650
3651         *p = '\0';
3652         printk("(%s) ", tmp);
3653 }
3654
3655 /*
3656  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3657  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3658  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3659  *
3660  * Bits in @filter:
3661  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3662  *   cpuset.
3663  */
3664 void show_free_areas(unsigned int filter)
3665 {
3666         unsigned long free_pcp = 0;
3667         int cpu;
3668         struct zone *zone;
3669
3670         for_each_populated_zone(zone) {
3671                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3672                         continue;
3673
3674                 for_each_online_cpu(cpu)
3675                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3676         }
3677
3678         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3679                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3680                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3681                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3682                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3683                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3684                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3685                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3686                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3687                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3688                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3689                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3690                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3691                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3692                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3693                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3694                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3695                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3696                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3697                 global_page_state(NR_SHMEM),
3698                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3699                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3700                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3701                 free_pcp,
3702                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3703
3704         for_each_populated_zone(zone) {
3705                 int i;
3706
3707                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3708                         continue;
3709
3710                 free_pcp = 0;
3711                 for_each_online_cpu(cpu)
3712                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3713
3714                 show_node(zone);
3715                 printk("%s"
3716                         " free:%lukB"
3717                         " min:%lukB"
3718                         " low:%lukB"
3719                         " high:%lukB"
3720                         " active_anon:%lukB"
3721                         " inactive_anon:%lukB"
3722                         " active_file:%lukB"
3723                         " inactive_file:%lukB"
3724                         " unevictable:%lukB"
3725                         " isolated(anon):%lukB"
3726                         " isolated(file):%lukB"
3727                         " present:%lukB"
3728                         " managed:%lukB"
3729                         " mlocked:%lukB"
3730                         " dirty:%lukB"
3731                         " writeback:%lukB"
3732                         " mapped:%lukB"
3733                         " shmem:%lukB"
3734                         " slab_reclaimable:%lukB"
3735                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3736                         " kernel_stack:%lukB"
3737                         " pagetables:%lukB"
3738                         " unstable:%lukB"
3739                         " bounce:%lukB"
3740                         " free_pcp:%lukB"
3741                         " local_pcp:%ukB"
3742                         " free_cma:%lukB"
3743                         " writeback_tmp:%lukB"
3744                         " pages_scanned:%lu"
3745                         " all_unreclaimable? %s"
3746                         "\n",
3747                         zone->name,
3748                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3749                         K(min_wmark_pages(zone)),
3750                         K(low_wmark_pages(zone)),
3751                         K(high_wmark_pages(zone)),
3752                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3753                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3754                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3755                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3756                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3757                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3758                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3759                         K(zone->present_pages),
3760                         K(zone->managed_pages),
3761                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3762                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3763                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3764                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3765                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3766                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3767                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3768                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3769                                 THREAD_SIZE / 1024,
3770                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3771                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3772                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3773                         K(free_pcp),
3774                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3775                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3776                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3777                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3778                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3779                         );
3780                 printk("lowmem_reserve[]:");
3781                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3782                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3783                 printk("\n");
3784         }
3785
3786         for_each_populated_zone(zone) {
3787                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3788                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3789
3790                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3791                         continue;
3792                 show_node(zone);
3793                 printk("%s: ", zone->name);
3794
3795                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3796                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3797                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3798                         int type;
3799
3800                         nr[order] = area->nr_free;
3801                         total += nr[order] << order;
3802
3803                         types[order] = 0;
3804                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3805                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3806                                         types[order] |= 1 << type;
3807                         }
3808                 }
3809                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3810                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3811                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3812                         if (nr[order])
3813                                 show_migration_types(types[order]);
3814                 }
3815                 printk("= %lukB\n", K(total));
3816         }
3817
3818         hugetlb_show_meminfo();
3819
3820         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3821
3822         show_swap_cache_info();
3823 }
3824
3825 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3826 {
3827         zoneref->zone = zone;
3828         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3829 }
3830
3831 /*
3832  * Builds allocation fallback zone lists.
3833  *
3834  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3835  */
3836 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3837                                 int nr_zones)
3838 {
3839         struct zone *zone;
3840         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3841
3842         do {
3843                 zone_type--;
3844                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3845                 if (populated_zone(zone)) {
3846                         zoneref_set_zone(zone,
3847                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3848                         check_highest_zone(zone_type);
3849                 }
3850         } while (zone_type);
3851
3852         return nr_zones;
3853 }
3854
3855
3856 /*
3857  *  zonelist_order:
3858  *  0 = automatic detection of better ordering.
3859  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3860  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3861  *
3862  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3863  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3864  */
3865 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3866 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3867 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3868
3869 /* zonelist order in the kernel.
3870  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3871  */
3872 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3873 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3874
3875
3876 #ifdef CONFIG_NUMA
3877 /* The value user specified ....changed by config */
3878 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3879 /* string for sysctl */
3880 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3881 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3882
3883 /*
3884  * interface for configure zonelist ordering.
3885  * command line option "numa_zonelist_order"
3886  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3887  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3888  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3889  */
3890
3891 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3892 {
3893         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3894                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3895         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3896                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3897         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3898                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3899         } else {
3900                 printk(KERN_WARNING
3901                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3902                         "%s\n", s);
3903                 return -EINVAL;
3904         }
3905         return 0;
3906 }
3907
3908 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3909 {
3910         int ret;
3911
3912         if (!s)
3913                 return 0;
3914
3915         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3916         if (ret == 0)
3917                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3918
3919         return ret;
3920 }
3921 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3922
3923 /*
3924  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3925  */
3926 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3927                 void __user *buffer, size_t *length,
3928                 loff_t *ppos)
3929 {
3930         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3931         int ret;
3932         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3933
3934         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3935         if (write) {
3936                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3937                         ret = -EINVAL;
3938                         goto out;
3939                 }
3940                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3941         }
3942         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3943         if (ret)
3944                 goto out;
3945         if (write) {
3946                 int oldval = user_zonelist_order;
3947
3948                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3949                 if (ret) {
3950                         /*
3951                          * bogus value.  restore saved string
3952                          */
3953                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3954                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3955                         user_zonelist_order = oldval;
3956                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3957                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3958                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3959                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3960                 }
3961         }
3962 out:
3963         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3964         return ret;
3965 }
3966
3967
3968 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3969 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3970
3971 /**
3972  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3973  * @node: node whose fallback list we're appending
3974  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3975  *
3976  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3977  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3978  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3979  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3980  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3981  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3982  * on them otherwise.
3983  * It returns -1 if no node is found.
3984  */
3985 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3986 {
3987         int n, val;
3988         int min_val = INT_MAX;
3989         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3990         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3991
3992         /* Use the local node if we haven't already */
3993         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3994                 node_set(node, *used_node_mask);
3995                 return node;
3996         }
3997
3998         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3999
4000                 /* Don't want a node to appear more than once */
4001                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4002                         continue;
4003
4004                 /* Use the distance array to find the distance */
4005                 val = node_distance(node, n);
4006
4007                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4008                 val += (n < node);
4009
4010                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4011                 tmp = cpumask_of_node(n);
4012                 if (!cpumask_empty(tmp))
4013                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4014
4015                 /* Slight preference for less loaded node */
4016                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4017                 val += node_load[n];
4018
4019                 if (val < min_val) {
4020                         min_val = val;
4021                         best_node = n;
4022                 }
4023         }
4024
4025         if (best_node >= 0)
4026                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4027
4028         return best_node;
4029 }
4030
4031
4032 /*
4033  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4034  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4035  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4036  */
4037 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4038 {
4039         int j;
4040         struct zonelist *zonelist;
4041
4042         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4043         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4044                 ;
4045         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4046         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4047         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4048 }
4049
4050 /*
4051  * Build gfp_thisnode zonelists
4052  */
4053 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4054 {
4055         int j;
4056         struct zonelist *zonelist;
4057
4058         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4059         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4060         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4061         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4062 }
4063
4064 /*
4065  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4066  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4067  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4068  * may still exist in local DMA zone.
4069  */
4070 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4071
4072 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4073 {
4074         int pos, j, node;
4075         int zone_type;          /* needs to be signed */
4076         struct zone *z;
4077         struct zonelist *zonelist;
4078
4079         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4080         pos = 0;
4081         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4082                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4083                         node = node_order[j];
4084                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4085                         if (populated_zone(z)) {
4086                                 zoneref_set_zone(z,
4087                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4088                                 check_highest_zone(zone_type);
4089                         }
4090                 }
4091         }
4092         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4093         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4094 }
4095
4096 #if defined(CONFIG_64BIT)
4097 /*
4098  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4099  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4100  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4101  */
4102 static int default_zonelist_order(void)
4103 {
4104         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4105 }
4106 #else
4107 /*
4108  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4109  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4110  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4111  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4112  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4113  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4114  */
4115 static int default_zonelist_order(void)
4116 {
4117         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4118 }
4119 #endif /* CONFIG_64BIT */
4120
4121 static void set_zonelist_order(void)
4122 {
4123         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4124                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4125         else
4126                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4127 }
4128
4129 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4130 {
4131         int j, node, load;
4132         enum zone_type i;
4133         nodemask_t used_mask;
4134         int local_node, prev_node;
4135         struct zonelist *zonelist;
4136         int order = current_zonelist_order;
4137
4138         /* initialize zonelists */
4139         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4140                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4141                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4142                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4143         }
4144
4145         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4146         local_node = pgdat->node_id;
4147         load = nr_online_nodes;
4148         prev_node = local_node;
4149         nodes_clear(used_mask);
4150
4151         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4152         j = 0;
4153
4154         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4155                 /*
4156                  * We don't want to pressure a particular node.
4157                  * So adding penalty to the first node in same
4158                  * distance group to make it round-robin.
4159                  */
4160                 if (node_distance(local_node, node) !=
4161                     node_distance(local_node, prev_node))
4162                         node_load[node] = load;
4163
4164                 prev_node = node;
4165                 load--;
4166                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4167                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4168                 else
4169                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4170         }
4171
4172         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4173                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4174                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4175         }
4176
4177         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4178 }
4179
4180 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4181 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4182 {
4183         struct zonelist *zonelist;
4184         struct zonelist_cache *zlc;
4185         struct zoneref *z;
4186
4187         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4188         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4189         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4190         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4191                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4192 }
4193
4194 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4195 /*
4196  * Return node id of node used for "local" allocations.
4197  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4198  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4199  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4200  */
4201 int local_memory_node(int node)
4202 {
4203         struct zone *zone;
4204
4205         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4206                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4207                                    NULL,
4208                                    &zone);
4209         return zone->node;
4210 }
4211 #endif
4212
4213 #else   /* CONFIG_NUMA */
4214
4215 static void set_zonelist_order(void)
4216 {
4217         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4218 }
4219
4220 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4221 {
4222         int node, local_node;
4223         enum zone_type j;
4224         struct zonelist *zonelist;
4225
4226         local_node = pgdat->node_id;
4227
4228         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4229         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4230
4231         /*
4232          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4233          * of all the other nodes.
4234          * We don't want to pressure a particular node, so when
4235          * building the zones for node N, we make sure that the
4236          * zones coming right after the local ones are those from
4237          * node N+1 (modulo N)
4238          */
4239         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4240                 if (!node_online(node))
4241                         continue;
4242                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4243         }
4244         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4245                 if (!node_online(node))
4246                         continue;
4247                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4248         }
4249
4250         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4251         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4252 }
4253
4254 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4255 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4256 {
4257         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4258 }
4259
4260 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4261
4262 /*
4263  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4264  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4265  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4266  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4267  * with interrupts disabled.
4268  *
4269  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4270  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4271  * hotplugged processors.
4272  *
4273  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4274  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4275  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4276  */
4277 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4278 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4279 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4280
4281 /*
4282  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4283  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4284  */
4285 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4286
4287 /* return values int ....just for stop_machine() */
4288 static int __build_all_zonelists(void *data)
4289 {
4290         int nid;
4291         int cpu;
4292         pg_data_t *self = data;
4293
4294 #ifdef CONFIG_NUMA
4295         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4296 #endif
4297
4298         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4299                 build_zonelists(self);
4300                 build_zonelist_cache(self);
4301         }
4302
4303         for_each_online_node(nid) {
4304                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4305
4306                 build_zonelists(pgdat);
4307                 build_zonelist_cache(pgdat);
4308         }
4309
4310         /*
4311          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4312          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4313          * each zone will be allocated later when the per cpu
4314          * allocator is available.
4315          *
4316          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4317          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4318          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4319          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4320          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4321          * (a chicken-egg dilemma).
4322          */
4323         for_each_possible_cpu(cpu) {
4324                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4325
4326 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4327                 /*
4328                  * We now know the "local memory node" for each node--
4329                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4330                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4331                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4332                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4333                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4334                  */
4335                 if (cpu_online(cpu))
4336                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4337 #endif
4338         }
4339
4340         return 0;
4341 }
4342
4343 static noinline void __init
4344 build_all_zonelists_init(void)
4345 {
4346         __build_all_zonelists(NULL);
4347         mminit_verify_zonelist();
4348         cpuset_init_current_mems_allowed();
4349 }
4350
4351 /*
4352  * Called with zonelists_mutex held always
4353  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4354  *
4355  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4356  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4357  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4358  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4359  */
4360 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4361 {
4362         set_zonelist_order();
4363
4364         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4365                 build_all_zonelists_init();
4366         } else {
4367 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4368                 if (zone)
4369                         setup_zone_pageset(zone);
4370 #endif
4371                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4372                    of zonelist */
4373                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4374                 /* cpuset refresh routine should be here */
4375         }
4376         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4377         /*
4378          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4379          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4380          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4381          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4382          * disabled and enable it later
4383          */
4384         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4385                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4386         else
4387                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4388
4389         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4390                 "Total pages: %ld\n",
4391                         nr_online_nodes,
4392                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4393                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4394                         vm_total_pages);
4395 #ifdef CONFIG_NUMA
4396         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4397 #endif
4398 }
4399
4400 /*
4401  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4402  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4403  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4404  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4405  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4406  * conservative, even though it seems large.
4407  *
4408  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4409  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4410  */
4411 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4412
4413 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4414 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4415 {
4416         unsigned long size = 1;
4417
4418         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4419
4420         while (size < pages)
4421                 size <<= 1;
4422
4423         /*
4424          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4425          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4426          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4427          */
4428         size = min(size, 4096UL);
4429
4430         return max(size, 4UL);
4431 }
4432 #else
4433 /*
4434  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4435  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4436  *
4437  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4438  *
4439  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4440  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4441  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4442  *
4443  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4444  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4445  *
4446  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4447  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4448  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4449  */
4450 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4451 {
4452         return 4096UL;
4453 }
4454 #endif
4455
4456 /*
4457  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4458  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4459  * hash function before the remainder is taken.
4460  */
4461 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4462 {
4463         return ffz(~size);
4464 }
4465
4466 /*
4467  * Check if a pageblock contains reserved pages
4468  */
4469 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4470 {
4471         unsigned long pfn;
4472
4473         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4474                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4475                         return 1;
4476         }
4477         return 0;
4478 }
4479
4480 /*
4481  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4482  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4483  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4484  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4485  * blocks as reclaim kicks in
4486  */
4487 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4488 {
4489         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4490         struct page *page;
4491         unsigned long block_migratetype;
4492         int reserve;
4493         int old_reserve;
4494
4495         /*
4496          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4497          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4498          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4499          * the block.
4500          */
4501         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4502         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4503         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4504         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4505                                                         pageblock_order;
4506
4507         /*
4508          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4509          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4510          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4511          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4512          * future allocation of hugepages at runtime.
4513          */
4514         reserve = min(2, reserve);
4515         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4516
4517         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4518         if (reserve == old_reserve)
4519                 return;
4520         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4521
4522         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4523                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4524                         return;
4525
4526                 if (!pfn_valid(pfn))
4527                         continue;
4528                 page = pfn_to_page(pfn);
4529
4530                 /* Watch out for overlapping nodes */
4531                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4532                         continue;
4533
4534                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4535
4536                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4537                 if (reserve > 0) {
4538                         /*
4539                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4540                          * them.
4541                          */
4542                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4543                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4544                                 continue;
4545
4546                         /* If this block is reserved, account for it */
4547                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4548                                 reserve--;
4549                                 continue;
4550                         }
4551
4552                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4553                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4554                                 set_pageblock_migratetype(page,
4555                                                         MIGRATE_RESERVE);
4556                                 move_freepages_block(zone, page,
4557                                                         MIGRATE_RESERVE);
4558                                 reserve--;
4559                                 continue;
4560                         }
4561                 } else if (!old_reserve) {
4562                         /*
4563                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4564                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4565                          */
4566                         break;
4567                 }
4568
4569                 /*
4570                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4571                  * take it back
4572                  */
4573                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4574                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4575                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4576                 }
4577         }
4578 }
4579
4580 /*
4581  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4582  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4583  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4584  */
4585 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4586                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4587 {
4588         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4589         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4590         unsigned long pfn;
4591         struct zone *z;
4592         unsigned long nr_initialised = 0;
4593
4594         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4595                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4596
4597         z = &pgdat->node_zones[zone];
4598         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4599                 /*
4600                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4601                  * handed to this function.  They do not
4602                  * exist on hotplugged memory.
4603                  */
4604                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4605                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4606                                 continue;
4607                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4608                                 continue;
4609                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4610                                                 &nr_initialised))
4611                                 break;
4612                 }
4613
4614                 /*
4615                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4616                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4617                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4618                  * the address space during boot when many long-lived
4619                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4620                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4621                  * setup_zone_migrate_reserve()
4622                  *
4623                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4624                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4625                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4626                  * pfn out of zone.
4627                  */
4628                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4629                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4630
4631                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4632                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4633                 } else {
4634                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4635                 }
4636         }
4637 }
4638
4639 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4640 {
4641         unsigned int order, t;
4642         for_each_migratetype_order(order, t) {
4643                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4644                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4645         }
4646 }
4647
4648 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4649 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4650         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4651 #endif
4652
4653 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4654 {
4655 #ifdef CONFIG_MMU
4656         int batch;
4657
4658         /*
4659          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4660          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4661          *
4662          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4663          */
4664         batch = zone->managed_pages / 1024;
4665         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4666                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4667         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4668         if (batch < 1)
4669                 batch = 1;
4670
4671         /*
4672          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4673          * of 2 value was found to be more likely to have
4674          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4675          *
4676          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4677          * batches of pages, one task can end up with a lot
4678          * of pages of one half of the possible page colors
4679          * and the other with pages of the other colors.
4680          */
4681         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4682
4683         return batch;
4684
4685 #else
4686         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4687          * conditions.
4688          *
4689          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4690          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4691          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4692          *
4693          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4694          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4695          * can be a significant delay between the individual batches being
4696          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4697          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4698          */
4699         return 0;
4700 #endif
4701 }
4702
4703 /*
4704  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4705  * ->batch must never be higher then ->high.
4706  * The following function updates them in a safe manner without read side
4707  * locking.
4708  *
4709  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4710  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4711  *
4712  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4713  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4714  * exist).
4715  */
4716 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4717                 unsigned long batch)
4718 {
4719        /* start with a fail safe value for batch */
4720         pcp->batch = 1;
4721         smp_wmb();
4722
4723        /* Update high, then batch, in order */
4724         pcp->high = high;
4725         smp_wmb();
4726
4727         pcp->batch = batch;
4728 }
4729
4730 /* a companion to pageset_set_high() */
4731 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4732 {
4733         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4734 }
4735
4736 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4737 {
4738         struct per_cpu_pages *pcp;
4739         int migratetype;
4740
4741         memset(p, 0, sizeof(*p));
4742
4743         pcp = &p->pcp;
4744         pcp->count = 0;
4745         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4746                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4747 }
4748
4749 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4750 {
4751         pageset_init(p);
4752         pageset_set_batch(p, batch);
4753 }
4754
4755 /*
4756  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4757  * to the value high for the pageset p.
4758  */
4759 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4760                                 unsigned long high)
4761 {
4762         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4763         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4764                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4765
4766         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4767 }
4768
4769 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4770                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4771 {
4772         if (percpu_pagelist_fraction)
4773                 pageset_set_high(pcp,
4774                         (zone->managed_pages /
4775                                 percpu_pagelist_fraction));
4776         else
4777                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4778 }
4779
4780 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4781 {
4782         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4783
4784         pageset_init(pcp);
4785         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4786 }
4787
4788 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4789 {
4790         int cpu;
4791         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4792         for_each_possible_cpu(cpu)
4793                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4794 }
4795
4796 /*
4797  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4798  * Before this call only boot pagesets were available.
4799  */
4800 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4801 {
4802         struct zone *zone;
4803
4804         for_each_populated_zone(zone)
4805                 setup_zone_pageset(zone);
4806 }
4807
4808 static noinline __init_refok
4809 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4810 {
4811         int i;
4812         size_t alloc_size;
4813
4814         /*
4815          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4816          * per zone.
4817          */
4818         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4819                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4820         zone->wait_table_bits =
4821                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4822         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4823                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4824
4825         if (!slab_is_available()) {
4826                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4827                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4828                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4829         } else {
4830                 /*
4831                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4832                  * via memory hot-add.
4833                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4834                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4835                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4836                  * node itself as well.
4837                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4838                  * necessary.
4839                  */
4840                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4841         }
4842         if (!zone->wait_table)
4843                 return -ENOMEM;
4844
4845         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4846                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4847
4848         return 0;
4849 }
4850
4851 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4852 {
4853         /*
4854          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4855          * relies on the ability of the linker to provide the
4856          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4857          */
4858         zone->pageset = &boot_pageset;
4859
4860         if (populated_zone(zone))
4861                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4862                         zone->name, zone->present_pages,
4863                                          zone_batchsize(zone));
4864 }
4865
4866 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4867                                         unsigned long zone_start_pfn,
4868                                         unsigned long size,
4869                                         enum memmap_context context)
4870 {
4871         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4872         int ret;
4873         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4874         if (ret)
4875                 return ret;
4876         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4877
4878         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4879
4880         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4881                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4882                         pgdat->node_id,
4883                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4884                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4885
4886         zone_init_free_lists(zone);
4887
4888         return 0;
4889 }
4890
4891 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4892 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4893
4894 /*
4895  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4896  */
4897 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4898                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4899 {
4900         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4901         int nid;
4902
4903         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4904                 return state->last_nid;
4905
4906         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4907         if (nid != -1) {
4908                 state->last_start = start_pfn;
4909                 state->last_end = end_pfn;
4910                 state->last_nid = nid;
4911         }
4912
4913         return nid;
4914 }
4915 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4916
4917 /**
4918  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4919  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4920  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4921  *
4922  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4923  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4924  * memblock_free_early_nid() manually.
4925  */
4926 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4927 {
4928         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4929         int i, this_nid;
4930
4931         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4932                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4933                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4934
4935                 if (start_pfn < end_pfn)
4936                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4937                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4938                                         this_nid);
4939         }
4940 }
4941
4942 /**
4943  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4944  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4945  *
4946  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4947  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4948  */
4949 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4950 {
4951         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4952         int i, this_nid;
4953
4954         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4955                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4956 }
4957
4958 /**
4959  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4960  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4961  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4962  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4963  *
4964  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4965  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4966  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4967  * PFNs will be 0.
4968  */
4969 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4970                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4971 {
4972         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4973         int i;
4974
4975         *start_pfn = -1UL;
4976         *end_pfn = 0;
4977
4978         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4979                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4980                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4981         }
4982
4983         if (*start_pfn == -1UL)
4984                 *start_pfn = 0;
4985 }
4986
4987 /*
4988  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4989  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4990  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4991  */
4992 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4993 {
4994         int zone_index;
4995         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4996                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4997                         continue;
4998
4999                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5000                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5001                         break;
5002         }
5003
5004         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5005         movable_zone = zone_index;
5006 }
5007
5008 /*
5009  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5010  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5011  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5012  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5013  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5014  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5015  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5016  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5017  */
5018 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5019                                         unsigned long zone_type,
5020                                         unsigned long node_start_pfn,
5021                                         unsigned long node_end_pfn,
5022                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5023                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5024 {
5025         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5026         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5027                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5028                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5029                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5030                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5031                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5032
5033                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5034                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5035                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5036                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5037
5038                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5039                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5040                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5041         }
5042 }
5043
5044 /*
5045  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5046  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5047  */
5048 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5049                                         unsigned long zone_type,
5050                                         unsigned long node_start_pfn,
5051                                         unsigned long node_end_pfn,
5052                                         unsigned long *ignored)
5053 {
5054         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5055
5056         /* Get the start and end of the zone */
5057         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5058         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5059         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5060                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5061                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5062
5063         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5064         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5065                 return 0;
5066
5067         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5068         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5069         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5070
5071         /* Return the spanned pages */
5072         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5073 }
5074
5075 /*
5076  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5077  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5078  */
5079 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5080                                 unsigned long range_start_pfn,
5081                                 unsigned long range_end_pfn)
5082 {
5083         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5084         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5085         int i;
5086
5087         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5088                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5089                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5090                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5091         }
5092         return nr_absent;
5093 }
5094
5095 /**
5096  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5097  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5098  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5099  *
5100  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5101  */
5102 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5103                                                         unsigned long end_pfn)
5104 {
5105         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5106 }
5107
5108 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5109 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5110                                         unsigned long zone_type,
5111                                         unsigned long node_start_pfn,
5112                                         unsigned long node_end_pfn,
5113                                         unsigned long *ignored)
5114 {
5115         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5116         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5117         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5118
5119         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5120         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5121
5122         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5123                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5124                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5125         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5126 }
5127
5128 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5129 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5130                                         unsigned long zone_type,
5131                                         unsigned long node_start_pfn,
5132                                         unsigned long node_end_pfn,
5133                                         unsigned long *zones_size)
5134 {
5135         return zones_size[zone_type];
5136 }
5137
5138 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5139                                                 unsigned long zone_type,
5140                                                 unsigned long node_start_pfn,
5141                                                 unsigned long node_end_pfn,
5142                                                 unsigned long *zholes_size)
5143 {
5144         if (!zholes_size)
5145                 return 0;
5146
5147         return zholes_size[zone_type];
5148 }
5149
5150 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5151
5152 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5153                                                 unsigned long node_start_pfn,
5154                                                 unsigned long node_end_pfn,
5155                                                 unsigned long *zones_size,
5156                                                 unsigned long *zholes_size)
5157 {
5158         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5159         enum zone_type i;
5160
5161         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5162                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5163                 unsigned long size, real_size;
5164
5165                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5166                                                   node_start_pfn,
5167                                                   node_end_pfn,
5168                                                   zones_size);
5169                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5170                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5171                                                   zholes_size);
5172                 zone->spanned_pages = size;
5173                 zone->present_pages = real_size;
5174
5175                 totalpages += size;
5176                 realtotalpages += real_size;
5177         }
5178
5179         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5180         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5181         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5182                                                         realtotalpages);
5183 }
5184
5185 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5186 /*
5187  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5188  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5189  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5190  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5191  * bytes.
5192  */
5193 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5194 {
5195         unsigned long usemapsize;
5196
5197         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5198         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5199         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5200         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5201         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5202
5203         return usemapsize / 8;
5204 }
5205
5206 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5207                                 struct zone *zone,
5208                                 unsigned long zone_start_pfn,
5209                                 unsigned long zonesize)
5210 {
5211         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5212         zone->pageblock_flags = NULL;
5213         if (usemapsize)
5214                 zone->pageblock_flags =
5215                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5216                                                          pgdat->node_id);
5217 }
5218 #else
5219 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5220                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5221 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5222
5223 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5224
5225 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5226 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5227 {
5228         unsigned int order;
5229
5230         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5231         if (pageblock_order)
5232                 return;
5233
5234         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5235                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5236         else
5237                 order = MAX_ORDER - 1;
5238
5239         /*
5240          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5241          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5242          * powerpc.
5243          */
5244         pageblock_order = order;
5245 }
5246 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5247
5248 /*
5249  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5250  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5251  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5252  * the kernel config
5253  */
5254 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5255 {
5256 }
5257
5258 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5259
5260 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5261                                                    unsigned long present_pages)
5262 {
5263         unsigned long pages = spanned_pages;
5264
5265         /*
5266          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5267          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5268          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5269          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5270          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5271          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5272          */
5273         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5274             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5275                 pages = present_pages;
5276
5277         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5278 }
5279
5280 /*
5281  * Set up the zone data structures:
5282  *   - mark all pages reserved
5283  *   - mark all memory queues empty
5284  *   - clear the memory bitmaps
5285  *
5286  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5287  */
5288 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5289                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5290 {
5291         enum zone_type j;
5292         int nid = pgdat->node_id;
5293         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5294         int ret;
5295
5296         pgdat_resize_init(pgdat);
5297 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5298         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5299         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5300         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5301 #endif
5302         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5303         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5304         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5305
5306         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5307                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5308                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5309
5310                 size = zone->spanned_pages;
5311                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5312
5313                 /*
5314                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5315                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5316                  * and per-cpu initialisations
5317                  */
5318                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5319                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5320                         if (freesize >= memmap_pages) {
5321                                 freesize -= memmap_pages;
5322                                 if (memmap_pages)
5323                                         printk(KERN_DEBUG
5324                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5325                                                zone_names[j], memmap_pages);
5326                         } else
5327                                 printk(KERN_WARNING
5328                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5329                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5330                 }
5331
5332                 /* Account for reserved pages */
5333                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5334                         freesize -= dma_reserve;
5335                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5336                                         zone_names[0], dma_reserve);
5337                 }
5338
5339                 if (!is_highmem_idx(j))
5340                         nr_kernel_pages += freesize;
5341                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5342                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5343                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5344                 nr_all_pages += freesize;
5345
5346                 /*
5347                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5348                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5349                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5350                  */
5351                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5352 #ifdef CONFIG_NUMA
5353                 zone->node = nid;
5354                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5355                                                 / 100;
5356                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5357 #endif
5358                 zone->name = zone_names[j];
5359                 spin_lock_init(&zone->lock);
5360                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5361                 zone_seqlock_init(zone);
5362                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5363                 zone_pcp_init(zone);
5364
5365                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5366                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5367
5368                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5369                 if (!size)
5370                         continue;
5371
5372                 set_pageblock_order();
5373                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5374                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5375                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5376                 BUG_ON(ret);
5377                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5378                 zone_start_pfn += size;
5379         }
5380 }
5381
5382 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5383 {
5384         /* Skip empty nodes */
5385         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5386                 return;
5387
5388 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5389         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5390         if (!pgdat->node_mem_map) {
5391                 unsigned long size, start, end;
5392                 struct page *map;
5393
5394                 /*
5395                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5396                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5397                  * for the buddy allocator to function correctly.
5398                  */
5399                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5400                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5401                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5402                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5403                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5404                 if (!map)
5405                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5406                                                                pgdat->node_id);
5407                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5408         }
5409 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5410         /*
5411          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5412          */
5413         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5414                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5415 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5416                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5417                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5418 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5419         }
5420 #endif
5421 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5422 }
5423
5424 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5425                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5426 {
5427         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5428         unsigned long start_pfn = 0;
5429         unsigned long end_pfn = 0;
5430
5431         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5432         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5433
5434         reset_deferred_meminit(pgdat);
5435         pgdat->node_id = nid;
5436         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5437 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5438         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5439         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5440                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5441 #endif
5442         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5443                                   zones_size, zholes_size);
5444
5445         alloc_node_mem_map(pgdat);
5446 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5447         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5448                 nid, (unsigned long)pgdat,
5449                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5450 #endif
5451
5452         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5453 }
5454
5455 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5456
5457 #if MAX_NUMNODES > 1
5458 /*
5459  * Figure out the number of possible node ids.
5460  */
5461 void __init setup_nr_node_ids(void)
5462 {
5463         unsigned int node;
5464         unsigned int highest = 0;
5465
5466         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5467                 highest = node;
5468         nr_node_ids = highest + 1;
5469 }
5470 #endif
5471
5472 /**
5473  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5474  *
5475  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5476  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5477  * all the nodes.
5478  *
5479  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5480  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5481  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5482  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5483  *
5484  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5485  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5486  * populated node map.
5487  *
5488  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5489  * requirement (single node).
5490  */
5491 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5492 {
5493         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5494         unsigned long start, end, mask;
5495         int last_nid = -1;
5496         int i, nid;
5497
5498         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5499                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5500                         last_nid = nid;
5501                         last_end = end;
5502                         continue;
5503                 }
5504
5505                 /*
5506                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5507                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5508                  * too coarse to separate the current node from the last.
5509                  */
5510                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5511                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5512                         mask <<= 1;
5513
5514                 /* accumulate all internode masks */
5515                 accl_mask |= mask;
5516         }
5517
5518         /* convert mask to number of pages */
5519         return ~accl_mask + 1;
5520 }
5521
5522 /* Find the lowest pfn for a node */
5523 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5524 {
5525         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5526         unsigned long start_pfn;
5527         int i;
5528
5529         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5530                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5531
5532         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5533                 printk(KERN_WARNING
5534                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5535                 return 0;
5536         }
5537
5538         return min_pfn;
5539 }
5540
5541 /**
5542  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5543  *
5544  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5545  * memblock_set_node().
5546  */
5547 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5548 {
5549         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5550 }
5551
5552 /*
5553  * early_calculate_totalpages()
5554  * Sum pages in active regions for movable zone.
5555  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5556  */
5557 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5558 {
5559         unsigned long totalpages = 0;
5560         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5561         int i, nid;
5562
5563         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5564                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5565
5566                 totalpages += pages;
5567                 if (pages)
5568                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5569         }
5570         return totalpages;
5571 }
5572
5573 /*
5574  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5575  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5576  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5577  * others
5578  */
5579 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5580 {
5581         int i, nid;
5582         unsigned long usable_startpfn;
5583         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5584         /* save the state before borrow the nodemask */
5585         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5586         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5587         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5588         struct memblock_region *r;
5589
5590         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5591         find_usable_zone_for_movable();
5592
5593         /*
5594          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5595          * options.
5596          */
5597         if (movable_node_is_enabled()) {
5598                 for_each_memblock(memory, r) {
5599                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5600                                 continue;
5601
5602                         nid = r->nid;
5603
5604                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5605                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5606                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5607                                 usable_startpfn;
5608                 }
5609
5610                 goto out2;
5611         }
5612
5613         /*
5614          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5615          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5616          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5617          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5618          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5619          * what movablecore would have allowed.
5620          */
5621         if (required_movablecore) {
5622                 unsigned long corepages;
5623
5624                 /*
5625                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5626                  * was requested by the user
5627                  */
5628                 required_movablecore =
5629                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5630                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5631
5632                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5633         }
5634
5635         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5636         if (!required_kernelcore)
5637                 goto out;
5638
5639         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5640         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5641
5642 restart:
5643         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5644         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5645         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5646                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5647
5648                 /*
5649                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5650                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5651                  * amount of memory for the kernel
5652                  */
5653                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5654                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5655
5656                 /*
5657                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5658                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5659                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5660                  */
5661                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5662
5663                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5664                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5665                         unsigned long size_pages;
5666
5667                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5668                         if (start_pfn >= end_pfn)
5669                                 continue;
5670
5671                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5672                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5673                                 unsigned long kernel_pages;
5674                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5675                                                                 - start_pfn;
5676
5677                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5678                                                         kernelcore_remaining);
5679                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5680                                                         required_kernelcore);
5681
5682                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5683                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5684
5685                                         /*
5686                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5687                                          * that if we have to rebalance
5688                                          * kernelcore across nodes, we will
5689                                          * not double account here
5690                                          */
5691                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5692                                         continue;
5693                                 }
5694                                 start_pfn = usable_startpfn;
5695                         }
5696
5697                         /*
5698                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5699                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5700                          * number of pages used as kernelcore
5701                          */
5702                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5703                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5704                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5705                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5706
5707                         /*
5708                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5709                          * break if the kernelcore for this node has been
5710                          * satisfied
5711                          */
5712                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5713                                                                 size_pages);
5714                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5715                         if (!kernelcore_remaining)
5716                                 break;
5717                 }
5718         }
5719
5720         /*
5721          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5722          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5723          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5724          * satisfied
5725          */
5726         usable_nodes--;
5727         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5728                 goto restart;
5729
5730 out2:
5731         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5732         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5733                 zone_movable_pfn[nid] =
5734                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5735
5736 out:
5737         /* restore the node_state */
5738         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5739 }
5740
5741 /* Any regular or high memory on that node ? */
5742 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5743 {
5744         enum zone_type zone_type;
5745
5746         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5747                 return;
5748
5749         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5750                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5751                 if (populated_zone(zone)) {
5752                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5753                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5754                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5755                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5756                         break;
5757                 }
5758         }
5759 }
5760
5761 /**
5762  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5763  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5764  *
5765  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5766  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5767  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5768  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5769  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5770  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5771  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5772  * at arch_max_dma_pfn.
5773  */
5774 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5775 {
5776         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5777         int i, nid;
5778
5779         /* Record where the zone boundaries are */
5780         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5781                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5782         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5783                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5784         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5785         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5786         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5787                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5788                         continue;
5789                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5790                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5791                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5792                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5793         }
5794         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5795         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5796
5797         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5798         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5799         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5800
5801         /* Print out the zone ranges */
5802         pr_info("Zone ranges:\n");
5803         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5804                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5805                         continue;
5806                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5807                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5808                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5809                         pr_cont("empty\n");
5810                 else
5811                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5812                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5813                                         << PAGE_SHIFT,
5814                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5815                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5816         }
5817
5818         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5819         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5820         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5821                 if (zone_movable_pfn[i])
5822                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5823                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5824         }
5825
5826         /* Print out the early node map */
5827         pr_info("Early memory node ranges\n");
5828         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5829                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5830                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5831                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5832
5833         /* Initialise every node */
5834         mminit_verify_pageflags_layout();
5835         setup_nr_node_ids();
5836         for_each_online_node(nid) {
5837                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5838                 free_area_init_node(nid, NULL,
5839                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5840
5841                 /* Any memory on that node */
5842                 if (pgdat->node_present_pages)
5843                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5844                 check_for_memory(pgdat, nid);
5845         }
5846 }
5847
5848 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5849 {
5850         unsigned long long coremem;
5851         if (!p)
5852                 return -EINVAL;
5853
5854         coremem = memparse(p, &p);
5855         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5856
5857         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5858         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5859
5860         return 0;
5861 }
5862
5863 /*
5864  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5865  * cannot be reclaimed or migrated.
5866  */
5867 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5868 {
5869         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5870 }
5871
5872 /*
5873  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5874  * can be reclaimed or migrated.
5875  */
5876 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5877 {
5878         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5879 }
5880
5881 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5882 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5883
5884 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5885
5886 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5887 {
5888         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5889         page_zone(page)->managed_pages += count;
5890         totalram_pages += count;
5891 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5892         if (PageHighMem(page))
5893                 totalhigh_pages += count;
5894 #endif
5895         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5896 }
5897 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5898
5899 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5900 {
5901         void *pos;
5902         unsigned long pages = 0;
5903
5904         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5905         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5906         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5907                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5908                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5909                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5910         }
5911
5912         if (pages && s)
5913                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5914                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5915
5916         return pages;
5917 }
5918 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5919
5920 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5921 void free_highmem_page(struct page *page)
5922 {
5923         __free_reserved_page(page);
5924         totalram_pages++;
5925         page_zone(page)->managed_pages++;
5926         totalhigh_pages++;
5927 }
5928 #endif
5929
5930
5931 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5932 {
5933         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5934         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5935
5936         physpages = get_num_physpages();
5937         codesize = _etext - _stext;
5938         datasize = _edata - _sdata;
5939         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5940         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5941         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5942         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5943
5944         /*
5945          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5946          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5947          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5948          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5949          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5950          */
5951 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5952         do { \
5953                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5954                         size -= adj; \
5955         } while (0)
5956
5957         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5958                      _sinittext, init_code_size);
5959         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5960         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5961         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5962         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5963
5964 #undef  adj_init_size
5965
5966         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5967                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5968                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5969 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5970                ", %luK highmem"
5971 #endif
5972                "%s%s)\n",
5973                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5974                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5975                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5976                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5977                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5978 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5979                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5980 #endif
5981                str ? ", " : "", str ? str : "");
5982 }
5983
5984 /**
5985  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5986  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5987  *
5988  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5989  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5990  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5991  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5992  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5993  * smaller per-cpu batchsize.
5994  */
5995 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5996 {
5997         dma_reserve = new_dma_reserve;
5998 }
5999
6000 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6001 {
6002         free_area_init_node(0, zones_size,
6003                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6004 }
6005
6006 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6007                                  unsigned long action, void *hcpu)
6008 {
6009         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6010
6011         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6012                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6013                 drain_pages(cpu);
6014
6015                 /*
6016                  * Spill the event counters of the dead processor
6017                  * into the current processors event counters.
6018                  * This artificially elevates the count of the current
6019                  * processor.
6020                  */
6021                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6022
6023                 /*
6024                  * Zero the differential counters of the dead processor
6025                  * so that the vm statistics are consistent.
6026                  *
6027                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6028                  * race with what we are doing.
6029                  */
6030                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6031         }
6032         return NOTIFY_OK;
6033 }
6034
6035 void __init page_alloc_init(void)
6036 {
6037         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6038 }
6039
6040 /*
6041  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
6042  *      or min_free_kbytes changes.
6043  */
6044 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6045 {
6046         struct pglist_data *pgdat;
6047         unsigned long reserve_pages = 0;
6048         enum zone_type i, j;
6049
6050         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6051                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6052                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6053                         long max = 0;
6054
6055                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6056                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6057                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6058                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6059                         }
6060
6061                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6062                         max += high_wmark_pages(zone);
6063
6064                         if (max > zone->managed_pages)
6065                                 max = zone->managed_pages;
6066                         reserve_pages += max;
6067                         /*
6068                          * Lowmem reserves are not available to
6069                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6070                          * kswapd tries to balance zones to their high
6071                          * watermark.  As a result, neither should be
6072                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6073                          * situation where reclaim has to clean pages
6074                          * in order to balance the zones.
6075                          */
6076                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6077                 }
6078         }
6079         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6080         totalreserve_pages = reserve_pages;
6081 }
6082
6083 /*
6084  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6085  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6086  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6087  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6088  */
6089 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6090 {
6091         struct pglist_data *pgdat;
6092         enum zone_type j, idx;
6093
6094         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6095                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6096                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6097                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6098
6099                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6100
6101                         idx = j;
6102                         while (idx) {
6103                                 struct zone *lower_zone;
6104
6105                                 idx--;
6106
6107                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6108                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6109
6110                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6111                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6112                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6113                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6114                         }
6115                 }
6116         }
6117
6118         /* update totalreserve_pages */
6119         calculate_totalreserve_pages();
6120 }
6121
6122 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6123 {
6124         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6125         unsigned long lowmem_pages = 0;
6126         struct zone *zone;
6127         unsigned long flags;
6128
6129         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6130         for_each_zone(zone) {
6131                 if (!is_highmem(zone))
6132                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6133         }
6134
6135         for_each_zone(zone) {
6136                 u64 tmp;
6137
6138                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6139                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6140                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6141                 if (is_highmem(zone)) {
6142                         /*
6143                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6144                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6145                          * value here.
6146                          *
6147                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6148                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6149                          * not be capped for highmem.
6150                          */
6151                         unsigned long min_pages;
6152
6153                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6154                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6155                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6156                 } else {
6157                         /*
6158                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6159                          * proportionate to the zone's size.
6160                          */
6161                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6162                 }
6163
6164                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6165                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6166
6167                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6168                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6169                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6170
6171                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6172                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6173         }
6174
6175         /* update totalreserve_pages */
6176         calculate_totalreserve_pages();
6177 }
6178
6179 /**
6180  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6181  * or when memory is hot-{added|removed}
6182  *
6183  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6184  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6185  */
6186 void setup_per_zone_wmarks(void)
6187 {
6188         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6189         __setup_per_zone_wmarks();
6190         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6191 }
6192
6193 /*
6194  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6195  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6196  * to be referenced again before it is swapped out.
6197  *
6198  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6199  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6200  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6201  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6202  *
6203  * total     target    max
6204  * memory    ratio     inactive anon
6205  * -------------------------------------
6206  *   10MB       1         5MB
6207  *  100MB       1        50MB
6208  *    1GB       3       250MB
6209  *   10GB      10       0.9GB
6210  *  100GB      31         3GB
6211  *    1TB     101        10GB
6212  *   10TB     320        32GB
6213  */
6214 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6215 {
6216         unsigned int gb, ratio;
6217
6218         /* Zone size in gigabytes */
6219         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6220         if (gb)
6221                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6222         else
6223                 ratio = 1;
6224
6225         zone->inactive_ratio = ratio;
6226 }
6227
6228 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6229 {
6230         struct zone *zone;
6231
6232         for_each_zone(zone)
6233                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6234 }
6235
6236 /*
6237  * Initialise min_free_kbytes.
6238  *
6239  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6240  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6241  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6242  *
6243  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6244  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6245  *
6246  * which yields
6247  *
6248  * 16MB:        512k
6249  * 32MB:        724k
6250  * 64MB:        1024k
6251  * 128MB:       1448k
6252  * 256MB:       2048k
6253  * 512MB:       2896k
6254  * 1024MB:      4096k
6255  * 2048MB:      5792k
6256  * 4096MB:      8192k
6257  * 8192MB:      11584k
6258  * 16384MB:     16384k
6259  */
6260 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6261 {
6262         unsigned long lowmem_kbytes;
6263         int new_min_free_kbytes;
6264
6265         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6266         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6267
6268         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6269                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6270                 if (min_free_kbytes < 128)
6271                         min_free_kbytes = 128;
6272                 if (min_free_kbytes > 65536)
6273                         min_free_kbytes = 65536;
6274         } else {
6275                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6276                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6277         }
6278         setup_per_zone_wmarks();
6279         refresh_zone_stat_thresholds();
6280         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6281         setup_per_zone_inactive_ratio();
6282         return 0;
6283 }
6284 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6285
6286 /*
6287  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6288  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6289  *      changes.
6290  */
6291 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6292         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6293 {
6294         int rc;
6295
6296         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6297         if (rc)
6298                 return rc;
6299
6300         if (write) {
6301                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6302                 setup_per_zone_wmarks();
6303         }
6304         return 0;
6305 }
6306
6307 #ifdef CONFIG_NUMA
6308 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6309         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6310 {
6311         struct zone *zone;
6312         int rc;
6313
6314         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6315         if (rc)
6316                 return rc;
6317
6318         for_each_zone(zone)
6319                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6320                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6321         return 0;
6322 }
6323
6324 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6325         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6326 {
6327         struct zone *zone;
6328         int rc;
6329
6330         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6331         if (rc)
6332                 return rc;
6333
6334         for_each_zone(zone)
6335                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6336                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6337         return 0;
6338 }
6339 #endif
6340
6341 /*
6342  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6343  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6344  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6345  *
6346  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6347  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6348  * if in function of the boot time zone sizes.
6349  */
6350 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6351         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6352 {
6353         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6354         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6355         return 0;
6356 }
6357
6358 /*
6359  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6360  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6361  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6362  */
6363 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6364         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6365 {
6366         struct zone *zone;
6367         int old_percpu_pagelist_fraction;
6368         int ret;
6369
6370         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6371         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6372
6373         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6374         if (!write || ret < 0)
6375                 goto out;
6376
6377         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6378         if (percpu_pagelist_fraction &&
6379             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6380                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6381                 ret = -EINVAL;
6382                 goto out;
6383         }
6384
6385         /* No change? */
6386         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6387                 goto out;
6388
6389         for_each_populated_zone(zone) {
6390                 unsigned int cpu;
6391
6392                 for_each_possible_cpu(cpu)
6393                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6394                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6395         }
6396 out:
6397         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6398         return ret;
6399 }
6400
6401 #ifdef CONFIG_NUMA
6402 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6403
6404 static int __init set_hashdist(char *str)
6405 {
6406         if (!str)
6407                 return 0;
6408         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6409         return 1;
6410 }
6411 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6412 #endif
6413
6414 /*
6415  * allocate a large system hash table from bootmem
6416  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6417  *   quantity of entries
6418  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6419  */
6420 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6421                                      unsigned long bucketsize,
6422                                      unsigned long numentries,
6423                                      int scale,
6424                                      int flags,
6425                                      unsigned int *_hash_shift,
6426                                      unsigned int *_hash_mask,
6427                                      unsigned long low_limit,
6428                                      unsigned long high_limit)
6429 {
6430         unsigned long long max = high_limit;
6431         unsigned long log2qty, size;
6432         void *table = NULL;
6433
6434         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6435         if (!numentries) {
6436                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6437                 numentries = nr_kernel_pages;
6438
6439                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6440                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6441                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6442
6443                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6444                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6445                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6446                 else
6447                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6448
6449                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6450                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6451                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6452                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6453                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6454                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6455                                 BUG_ON(!numentries);
6456                         }
6457                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6458                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6459         }
6460         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6461
6462         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6463         if (max == 0) {
6464                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6465                 do_div(max, bucketsize);
6466         }
6467         max = min(max, 0x80000000ULL);
6468
6469         if (numentries < low_limit)
6470                 numentries = low_limit;
6471         if (numentries > max)
6472                 numentries = max;
6473
6474         log2qty = ilog2(numentries);
6475
6476         do {
6477                 size = bucketsize << log2qty;
6478                 if (flags & HASH_EARLY)
6479                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6480                 else if (hashdist)
6481                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6482                 else {
6483                         /*
6484                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6485                          * some pages at the end of hash table which
6486                          * alloc_pages_exact() automatically does
6487                          */
6488                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6489                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6490                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6491                         }
6492                 }
6493         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6494
6495         if (!table)
6496                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6497
6498         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6499                tablename,
6500                (1UL << log2qty),
6501                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6502                size);
6503
6504         if (_hash_shift)
6505                 *_hash_shift = log2qty;
6506         if (_hash_mask)
6507                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6508
6509         return table;
6510 }
6511
6512 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6513 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6514                                                         unsigned long pfn)
6515 {
6516 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6517         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6518 #else
6519         return zone->pageblock_flags;
6520 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6521 }
6522
6523 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6524 {
6525 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6526         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6527         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6528 #else
6529         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6530         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6531 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6532 }
6533
6534 /**
6535  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6536  * @page: The page within the block of interest
6537  * @pfn: The target page frame number
6538  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6539  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6540  *
6541  * Return: pageblock_bits flags
6542  */
6543 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6544                                         unsigned long end_bitidx,
6545                                         unsigned long mask)
6546 {
6547         struct zone *zone;
6548         unsigned long *bitmap;
6549         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6550         unsigned long word;
6551
6552         zone = page_zone(page);
6553         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6554         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6555         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6556         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6557
6558         word = bitmap[word_bitidx];
6559         bitidx += end_bitidx;
6560         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6561 }
6562
6563 /**
6564  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6565  * @page: The page within the block of interest
6566  * @flags: The flags to set
6567  * @pfn: The target page frame number
6568  * @end_bitidx: The last bit of interest
6569  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6570  */
6571 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6572                                         unsigned long pfn,
6573                                         unsigned long end_bitidx,
6574                                         unsigned long mask)
6575 {
6576         struct zone *zone;
6577         unsigned long *bitmap;
6578         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6579         unsigned long old_word, word;
6580
6581         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6582
6583         zone = page_zone(page);
6584         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6585         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6586         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6587         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6588
6589         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6590
6591         bitidx += end_bitidx;
6592         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6593         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6594
6595         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6596         for (;;) {
6597                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6598                 if (word == old_word)
6599                         break;
6600                 word = old_word;
6601         }
6602 }
6603
6604 /*
6605  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6606  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6607  *
6608  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6609  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6610  * expect this function should be exact.
6611  */
6612 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6613                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6614 {
6615         unsigned long pfn, iter, found;
6616         int mt;
6617
6618         /*
6619          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6620          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6621          */
6622         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6623                 return false;
6624         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6625         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6626                 return false;
6627
6628         pfn = page_to_pfn(page);
6629         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6630                 unsigned long check = pfn + iter;
6631
6632                 if (!pfn_valid_within(check))
6633                         continue;
6634
6635                 page = pfn_to_page(check);
6636
6637                 /*
6638                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6639                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6640                  * handle each tail page individually in migration.
6641                  */
6642                 if (PageHuge(page)) {
6643                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6644                         continue;
6645                 }
6646
6647                 /*
6648                  * We can't use page_count without pin a page
6649                  * because another CPU can free compound page.
6650                  * This check already skips compound tails of THP
6651                  * because their page->_count is zero at all time.
6652                  */
6653                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6654                         if (PageBuddy(page))
6655                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6656                         continue;
6657                 }
6658
6659                 /*
6660                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6661                  * page_count() is not 0.
6662                  */
6663                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6664                         continue;
6665
6666                 if (!PageLRU(page))
6667                         found++;
6668                 /*
6669                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6670                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6671                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6672                  */
6673                 /*
6674                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6675                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6676                  *
6677                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6678                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6679                  * page at boot.
6680                  */
6681                 if (found > count)
6682                         return true;
6683         }
6684         return false;
6685 }
6686
6687 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6688 {
6689         struct zone *zone;
6690         unsigned long pfn;
6691
6692         /*
6693          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6694          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6695          * the zone but still within the section.
6696          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6697          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6698          */
6699         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6700                 return false;
6701
6702         zone = page_zone(page);
6703         pfn = page_to_pfn(page);
6704         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6705                 return false;
6706
6707         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6708 }
6709
6710 #ifdef CONFIG_CMA
6711
6712 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6713 {
6714         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6715                              pageblock_nr_pages) - 1);
6716 }
6717
6718 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6719 {
6720         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6721                                 pageblock_nr_pages));
6722 }
6723
6724 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6725 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6726                                         unsigned long start, unsigned long end)
6727 {
6728         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6729         unsigned long nr_reclaimed;
6730         unsigned long pfn = start;
6731         unsigned int tries = 0;
6732         int ret = 0;
6733
6734         migrate_prep();
6735
6736         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6737                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6738                         ret = -EINTR;
6739                         break;
6740                 }
6741
6742                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6743                         cc->nr_migratepages = 0;
6744                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6745                         if (!pfn) {
6746                                 ret = -EINTR;
6747                                 break;
6748                         }
6749                         tries = 0;
6750                 } else if (++tries == 5) {
6751                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6752                         break;
6753                 }
6754
6755                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6756                                                         &cc->migratepages);
6757                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6758
6759                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6760                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6761         }
6762         if (ret < 0) {
6763                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6764                 return ret;
6765         }
6766         return 0;
6767 }
6768
6769 /**
6770  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6771  * @start:      start PFN to allocate
6772  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6773  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6774  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6775  *                      in range must have the same migratetype and it must
6776  *                      be either of the two.
6777  *
6778  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6779  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6780  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6781  * pages fall in.
6782  *
6783  * The PFN range must belong to a single zone.
6784  *
6785  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6786  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6787  * need to be freed with free_contig_range().
6788  */
6789 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6790                        unsigned migratetype)
6791 {
6792         unsigned long outer_start, outer_end;
6793         int ret = 0, order;
6794
6795         struct compact_control cc = {
6796                 .nr_migratepages = 0,
6797                 .order = -1,
6798                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6799                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6800                 .ignore_skip_hint = true,
6801         };
6802         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6803
6804         /*
6805          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6806          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6807          * have different sizes, and due to the way page allocator
6808          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6809          * that page allocator won't try to merge buddies from
6810          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6811          * other migration type.
6812          *
6813          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6814          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6815          * we are interested in).  This will put all the pages in
6816          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6817          *
6818          * When this is done, we take the pages in range from page
6819          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6820          * page allocator will never consider using them.
6821          *
6822          * This lets us mark the pageblocks back as
6823          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6824          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6825          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6826          */
6827
6828         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6829                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6830                                        false);
6831         if (ret)
6832                 return ret;
6833
6834         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6835         if (ret)
6836                 goto done;
6837
6838         /*
6839          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6840          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6841          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6842          * What we are going to do is to allocate all pages from
6843          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6844          *
6845          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6846          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6847          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6848          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6849          * once this is done free the pages we are not interested in.
6850          *
6851          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6852          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6853          */
6854
6855         lru_add_drain_all();
6856         drain_all_pages(cc.zone);
6857
6858         order = 0;
6859         outer_start = start;
6860         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6861                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6862                         ret = -EBUSY;
6863                         goto done;
6864                 }
6865                 outer_start &= ~0UL << order;
6866         }
6867
6868         /* Make sure the range is really isolated. */
6869         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6870                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6871                         __func__, outer_start, end);
6872                 ret = -EBUSY;
6873                 goto done;
6874         }
6875
6876         /* Grab isolated pages from freelists. */
6877         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6878         if (!outer_end) {
6879                 ret = -EBUSY;
6880                 goto done;
6881         }
6882
6883         /* Free head and tail (if any) */
6884         if (start != outer_start)
6885                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6886         if (end != outer_end)
6887                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6888
6889 done:
6890         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6891                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6892         return ret;
6893 }
6894
6895 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6896 {
6897         unsigned int count = 0;
6898
6899         for (; nr_pages--; pfn++) {
6900                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6901
6902                 count += page_count(page) != 1;
6903                 __free_page(page);
6904         }
6905         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6906 }
6907 #endif
6908
6909 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6910 /*
6911  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6912  * page high values need to be recalulated.
6913  */
6914 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6915 {
6916         unsigned cpu;
6917         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6918         for_each_possible_cpu(cpu)
6919                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6920                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6921         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6922 }
6923 #endif
6924
6925 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6926 {
6927         unsigned long flags;
6928         int cpu;
6929         struct per_cpu_pageset *pset;
6930
6931         /* avoid races with drain_pages()  */
6932         local_irq_save(flags);
6933         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6934                 for_each_online_cpu(cpu) {
6935                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6936                         drain_zonestat(zone, pset);
6937                 }
6938                 free_percpu(zone->pageset);
6939                 zone->pageset = &boot_pageset;
6940         }
6941         local_irq_restore(flags);
6942 }
6943
6944 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6945 /*
6946  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6947  */
6948 void
6949 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6950 {
6951         struct page *page;
6952         struct zone *zone;
6953         unsigned int order, i;
6954         unsigned long pfn;
6955         unsigned long flags;
6956         /* find the first valid pfn */
6957         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6958                 if (pfn_valid(pfn))
6959                         break;
6960         if (pfn == end_pfn)
6961                 return;
6962         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6963         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6964         pfn = start_pfn;
6965         while (pfn < end_pfn) {
6966                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6967                         pfn++;
6968                         continue;
6969                 }
6970                 page = pfn_to_page(pfn);
6971                 /*
6972                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6973                  * page_count() is not 0.
6974                  */
6975                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6976                         pfn++;
6977                         SetPageReserved(page);
6978                         continue;
6979                 }
6980
6981                 BUG_ON(page_count(page));
6982                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6983                 order = page_order(page);
6984 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6985                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6986                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6987 #endif
6988                 list_del(&page->lru);
6989                 rmv_page_order(page);
6990                 zone->free_area[order].nr_free--;
6991                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6992                         SetPageReserved((page+i));
6993                 pfn += (1 << order);
6994         }
6995         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6996 }
6997 #endif
6998
6999 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
7000 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7001 {
7002         struct zone *zone = page_zone(page);
7003         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7004         unsigned long flags;
7005         unsigned int order;
7006
7007         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7008         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7009                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7010
7011                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7012                         break;
7013         }
7014         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7015
7016         return order < MAX_ORDER;
7017 }
7018 #endif