mm/page_alloc: factor out fallback freepage checking
[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
65 #include <asm/sections.h>
66 #include <asm/tlbflush.h>
67 #include <asm/div64.h>
68 #include "internal.h"
69
70 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
71 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
72 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
73
74 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
75 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
76 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
77 #endif
78
79 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
80 /*
81  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
82  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
83  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
84  * defined in <linux/topology.h>.
85  */
86 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
88 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
89 #endif
90
91 /*
92  * Array of node states.
93  */
94 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
95         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
96         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
97 #ifndef CONFIG_NUMA
98         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
100         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
103         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif  /* NUMA */
107 };
108 EXPORT_SYMBOL(node_states);
109
110 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
111 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
112
113 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
114 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
116 /*
117  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
118  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
119  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
120  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
121  */
122 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
123
124 int percpu_pagelist_fraction;
125 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
126
127 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
128 /*
129  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
130  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
131  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
132  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
133  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
134  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
135  */
136
137 static gfp_t saved_gfp_mask;
138
139 void pm_restore_gfp_mask(void)
140 {
141         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
142         if (saved_gfp_mask) {
143                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
144                 saved_gfp_mask = 0;
145         }
146 }
147
148 void pm_restrict_gfp_mask(void)
149 {
150         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
151         WARN_ON(saved_gfp_mask);
152         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
153         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
154 }
155
156 bool pm_suspended_storage(void)
157 {
158         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
159                 return false;
160         return true;
161 }
162 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
163
164 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
165 int pageblock_order __read_mostly;
166 #endif
167
168 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
169
170 /*
171  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
172  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
173  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
174  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
175  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
176  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
177  *
178  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
179  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
180  */
181 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
182 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
183          256,
184 #endif
185 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
186          256,
187 #endif
188 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
189          32,
190 #endif
191          32,
192 };
193
194 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
195
196 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
198          "DMA",
199 #endif
200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
201          "DMA32",
202 #endif
203          "Normal",
204 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
205          "HighMem",
206 #endif
207          "Movable",
208 };
209
210 int min_free_kbytes = 1024;
211 int user_min_free_kbytes = -1;
212
213 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
214 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
215 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
216
217 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
218 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
221 static unsigned long __initdata required_movablecore;
222 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
223
224 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
225 int movable_zone;
226 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
227 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
228
229 #if MAX_NUMNODES > 1
230 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
231 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
232 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
233 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
234 #endif
235
236 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
237
238 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
239 {
240         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
241                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
242                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
243
244         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
245                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
246 }
247
248 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
249 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
250 {
251         int ret = 0;
252         unsigned seq;
253         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
254         unsigned long sp, start_pfn;
255
256         do {
257                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
258                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
259                 sp = zone->spanned_pages;
260                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
261                         ret = 1;
262         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
263
264         if (ret)
265                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
266                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
267                         start_pfn, start_pfn + sp);
268
269         return ret;
270 }
271
272 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
273 {
274         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
275                 return 0;
276         if (zone != page_zone(page))
277                 return 0;
278
279         return 1;
280 }
281 /*
282  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
283  */
284 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
285 {
286         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
287                 return 1;
288         if (!page_is_consistent(zone, page))
289                 return 1;
290
291         return 0;
292 }
293 #else
294 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
295 {
296         return 0;
297 }
298 #endif
299
300 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
301                 unsigned long bad_flags)
302 {
303         static unsigned long resume;
304         static unsigned long nr_shown;
305         static unsigned long nr_unshown;
306
307         /* Don't complain about poisoned pages */
308         if (PageHWPoison(page)) {
309                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
310                 return;
311         }
312
313         /*
314          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
315          * or allow a steady drip of one report per second.
316          */
317         if (nr_shown == 60) {
318                 if (time_before(jiffies, resume)) {
319                         nr_unshown++;
320                         goto out;
321                 }
322                 if (nr_unshown) {
323                         printk(KERN_ALERT
324                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
325                                 nr_unshown);
326                         nr_unshown = 0;
327                 }
328                 nr_shown = 0;
329         }
330         if (nr_shown++ == 0)
331                 resume = jiffies + 60 * HZ;
332
333         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
334                 current->comm, page_to_pfn(page));
335         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
336
337         print_modules();
338         dump_stack();
339 out:
340         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
341         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
342         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
343 }
344
345 /*
346  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
347  *
348  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
349  *
350  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
351  *
352  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
353  * pointing at the head page.
354  *
355  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
356  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
357  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
358  */
359
360 static void free_compound_page(struct page *page)
361 {
362         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
363 }
364
365 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
366 {
367         int i;
368         int nr_pages = 1 << order;
369
370         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
371         set_compound_order(page, order);
372         __SetPageHead(page);
373         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
374                 struct page *p = page + i;
375                 set_page_count(p, 0);
376                 p->first_page = page;
377                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
378                 smp_wmb();
379                 __SetPageTail(p);
380         }
381 }
382
383 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
384                                                         gfp_t gfp_flags)
385 {
386         int i;
387
388         /*
389          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
390          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
391          */
392         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
393         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
394                 clear_highpage(page + i);
395 }
396
397 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
398 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
399 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
400 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
401
402 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
403 {
404         if (!buf)
405                 return -EINVAL;
406
407         if (strcmp(buf, "on") == 0)
408                 _debug_pagealloc_enabled = true;
409
410         return 0;
411 }
412 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
413
414 static bool need_debug_guardpage(void)
415 {
416         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
417         if (!debug_pagealloc_enabled())
418                 return false;
419
420         return true;
421 }
422
423 static void init_debug_guardpage(void)
424 {
425         if (!debug_pagealloc_enabled())
426                 return;
427
428         _debug_guardpage_enabled = true;
429 }
430
431 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
432         .need = need_debug_guardpage,
433         .init = init_debug_guardpage,
434 };
435
436 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
437 {
438         unsigned long res;
439
440         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
441                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
442                 return 0;
443         }
444         _debug_guardpage_minorder = res;
445         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
446         return 0;
447 }
448 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
449
450 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
451                                 unsigned int order, int migratetype)
452 {
453         struct page_ext *page_ext;
454
455         if (!debug_guardpage_enabled())
456                 return;
457
458         page_ext = lookup_page_ext(page);
459         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
460
461         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
462         set_page_private(page, order);
463         /* Guard pages are not available for any usage */
464         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
465 }
466
467 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
468                                 unsigned int order, int migratetype)
469 {
470         struct page_ext *page_ext;
471
472         if (!debug_guardpage_enabled())
473                 return;
474
475         page_ext = lookup_page_ext(page);
476         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
477
478         set_page_private(page, 0);
479         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
480                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
481 }
482 #else
483 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
484 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
485                                 unsigned int order, int migratetype) {}
486 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
487                                 unsigned int order, int migratetype) {}
488 #endif
489
490 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
491 {
492         set_page_private(page, order);
493         __SetPageBuddy(page);
494 }
495
496 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
497 {
498         __ClearPageBuddy(page);
499         set_page_private(page, 0);
500 }
501
502 /*
503  * This function checks whether a page is free && is the buddy
504  * we can do coalesce a page and its buddy if
505  * (a) the buddy is not in a hole &&
506  * (b) the buddy is in the buddy system &&
507  * (c) a page and its buddy have the same order &&
508  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
509  *
510  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
511  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
512  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
513  * serialized by zone->lock.
514  *
515  * For recording page's order, we use page_private(page).
516  */
517 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
518                                                         unsigned int order)
519 {
520         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
521                 return 0;
522
523         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
524                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
525                         return 0;
526
527                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
528
529                 return 1;
530         }
531
532         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
533                 /*
534                  * zone check is done late to avoid uselessly
535                  * calculating zone/node ids for pages that could
536                  * never merge.
537                  */
538                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
539                         return 0;
540
541                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
542
543                 return 1;
544         }
545         return 0;
546 }
547
548 /*
549  * Freeing function for a buddy system allocator.
550  *
551  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
552  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
553  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
554  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
555  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
556  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
557  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
558  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
559  * parts of the VM system.
560  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
561  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
562  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
563  * field.
564  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
565  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
566  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
567  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
568  * triggers coalescing into a block of larger size.
569  *
570  * -- nyc
571  */
572
573 static inline void __free_one_page(struct page *page,
574                 unsigned long pfn,
575                 struct zone *zone, unsigned int order,
576                 int migratetype)
577 {
578         unsigned long page_idx;
579         unsigned long combined_idx;
580         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
581         struct page *buddy;
582         int max_order = MAX_ORDER;
583
584         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
585         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
586
587         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
588         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
589                 /*
590                  * We restrict max order of merging to prevent merge
591                  * between freepages on isolate pageblock and normal
592                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
593                  * could cause incorrect freepage accounting.
594                  */
595                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
596         } else {
597                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
598         }
599
600         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
601
602         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
603         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
604
605         while (order < max_order - 1) {
606                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
607                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
608                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
609                         break;
610                 /*
611                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
612                  * merge with it and move up one order.
613                  */
614                 if (page_is_guard(buddy)) {
615                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
616                 } else {
617                         list_del(&buddy->lru);
618                         zone->free_area[order].nr_free--;
619                         rmv_page_order(buddy);
620                 }
621                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
622                 page = page + (combined_idx - page_idx);
623                 page_idx = combined_idx;
624                 order++;
625         }
626         set_page_order(page, order);
627
628         /*
629          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
630          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
631          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
632          * that is happening, add the free page to the tail of the list
633          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
634          * as a higher order page
635          */
636         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
637                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
638                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
639                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
640                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
641                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
642                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
643                         list_add_tail(&page->lru,
644                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
645                         goto out;
646                 }
647         }
648
649         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
650 out:
651         zone->free_area[order].nr_free++;
652 }
653
654 static inline int free_pages_check(struct page *page)
655 {
656         const char *bad_reason = NULL;
657         unsigned long bad_flags = 0;
658
659         if (unlikely(page_mapcount(page)))
660                 bad_reason = "nonzero mapcount";
661         if (unlikely(page->mapping != NULL))
662                 bad_reason = "non-NULL mapping";
663         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
664                 bad_reason = "nonzero _count";
665         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
666                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
667                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
668         }
669 #ifdef CONFIG_MEMCG
670         if (unlikely(page->mem_cgroup))
671                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
672 #endif
673         if (unlikely(bad_reason)) {
674                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
675                 return 1;
676         }
677         page_cpupid_reset_last(page);
678         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
679                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
680         return 0;
681 }
682
683 /*
684  * Frees a number of pages from the PCP lists
685  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
686  * count is the number of pages to free.
687  *
688  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
689  * see if this freeing clears that state.
690  *
691  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
692  * pinned" detection logic.
693  */
694 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
695                                         struct per_cpu_pages *pcp)
696 {
697         int migratetype = 0;
698         int batch_free = 0;
699         int to_free = count;
700         unsigned long nr_scanned;
701
702         spin_lock(&zone->lock);
703         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
704         if (nr_scanned)
705                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
706
707         while (to_free) {
708                 struct page *page;
709                 struct list_head *list;
710
711                 /*
712                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
713                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
714                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
715                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
716                  * lists
717                  */
718                 do {
719                         batch_free++;
720                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
721                                 migratetype = 0;
722                         list = &pcp->lists[migratetype];
723                 } while (list_empty(list));
724
725                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
726                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
727                         batch_free = to_free;
728
729                 do {
730                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
731
732                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
733                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
734                         list_del(&page->lru);
735                         mt = get_freepage_migratetype(page);
736                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
737                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
738
739                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
740                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
741                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
742                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
743         }
744         spin_unlock(&zone->lock);
745 }
746
747 static void free_one_page(struct zone *zone,
748                                 struct page *page, unsigned long pfn,
749                                 unsigned int order,
750                                 int migratetype)
751 {
752         unsigned long nr_scanned;
753         spin_lock(&zone->lock);
754         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
755         if (nr_scanned)
756                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
757
758         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
759                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
760                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
761         }
762         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
763         spin_unlock(&zone->lock);
764 }
765
766 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
767 {
768         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
769                 return 0;
770         if (unlikely(!PageTail(page))) {
771                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
772                 return 1;
773         }
774         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
775                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
776                 return 1;
777         }
778         return 0;
779 }
780
781 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
782 {
783         bool compound = PageCompound(page);
784         int i, bad = 0;
785
786         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
787         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
788
789         trace_mm_page_free(page, order);
790         kmemcheck_free_shadow(page, order);
791         kasan_free_pages(page, order);
792
793         if (PageAnon(page))
794                 page->mapping = NULL;
795         bad += free_pages_check(page);
796         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
797                 if (compound)
798                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
799                 bad += free_pages_check(page + i);
800         }
801         if (bad)
802                 return false;
803
804         reset_page_owner(page, order);
805
806         if (!PageHighMem(page)) {
807                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
808                                            PAGE_SIZE << order);
809                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
810                                            PAGE_SIZE << order);
811         }
812         arch_free_page(page, order);
813         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
814
815         return true;
816 }
817
818 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
819 {
820         unsigned long flags;
821         int migratetype;
822         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
823
824         if (!free_pages_prepare(page, order))
825                 return;
826
827         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
828         local_irq_save(flags);
829         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
830         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
831         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
832         local_irq_restore(flags);
833 }
834
835 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
836 {
837         unsigned int nr_pages = 1 << order;
838         struct page *p = page;
839         unsigned int loop;
840
841         prefetchw(p);
842         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
843                 prefetchw(p + 1);
844                 __ClearPageReserved(p);
845                 set_page_count(p, 0);
846         }
847         __ClearPageReserved(p);
848         set_page_count(p, 0);
849
850         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
851         set_page_refcounted(page);
852         __free_pages(page, order);
853 }
854
855 #ifdef CONFIG_CMA
856 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
857 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
858 {
859         unsigned i = pageblock_nr_pages;
860         struct page *p = page;
861
862         do {
863                 __ClearPageReserved(p);
864                 set_page_count(p, 0);
865         } while (++p, --i);
866
867         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
868
869         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
870                 i = pageblock_nr_pages;
871                 p = page;
872                 do {
873                         set_page_refcounted(p);
874                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
875                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
876                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
877         } else {
878                 set_page_refcounted(page);
879                 __free_pages(page, pageblock_order);
880         }
881
882         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
883 }
884 #endif
885
886 /*
887  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
888  * Please do not alter this order without good reasons and regression
889  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
890  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
891  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
892  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
893  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
894  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
895  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
896  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
897  *
898  * -- nyc
899  */
900 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
901         int low, int high, struct free_area *area,
902         int migratetype)
903 {
904         unsigned long size = 1 << high;
905
906         while (high > low) {
907                 area--;
908                 high--;
909                 size >>= 1;
910                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
911
912                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
913                         debug_guardpage_enabled() &&
914                         high < debug_guardpage_minorder()) {
915                         /*
916                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
917                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
918                          * Corresponding page table entries will not be touched,
919                          * pages will stay not present in virtual address space
920                          */
921                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
922                         continue;
923                 }
924                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
925                 area->nr_free++;
926                 set_page_order(&page[size], high);
927         }
928 }
929
930 /*
931  * This page is about to be returned from the page allocator
932  */
933 static inline int check_new_page(struct page *page)
934 {
935         const char *bad_reason = NULL;
936         unsigned long bad_flags = 0;
937
938         if (unlikely(page_mapcount(page)))
939                 bad_reason = "nonzero mapcount";
940         if (unlikely(page->mapping != NULL))
941                 bad_reason = "non-NULL mapping";
942         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
943                 bad_reason = "nonzero _count";
944         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
945                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
946                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
947         }
948 #ifdef CONFIG_MEMCG
949         if (unlikely(page->mem_cgroup))
950                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
951 #endif
952         if (unlikely(bad_reason)) {
953                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
954                 return 1;
955         }
956         return 0;
957 }
958
959 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
960                                                                 int alloc_flags)
961 {
962         int i;
963
964         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
965                 struct page *p = page + i;
966                 if (unlikely(check_new_page(p)))
967                         return 1;
968         }
969
970         set_page_private(page, 0);
971         set_page_refcounted(page);
972
973         arch_alloc_page(page, order);
974         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
975         kasan_alloc_pages(page, order);
976
977         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
978                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
979
980         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
981                 prep_compound_page(page, order);
982
983         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
984
985         /*
986          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
987          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
988          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
989          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
990          */
991         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
992
993         return 0;
994 }
995
996 /*
997  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
998  * the smallest available page from the freelists
999  */
1000 static inline
1001 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1002                                                 int migratetype)
1003 {
1004         unsigned int current_order;
1005         struct free_area *area;
1006         struct page *page;
1007
1008         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1009         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1010                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1011                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1012                         continue;
1013
1014                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1015                                                         struct page, lru);
1016                 list_del(&page->lru);
1017                 rmv_page_order(page);
1018                 area->nr_free--;
1019                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1020                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1021                 return page;
1022         }
1023
1024         return NULL;
1025 }
1026
1027
1028 /*
1029  * This array describes the order lists are fallen back to when
1030  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1031  */
1032 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1033         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1034         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1035         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1036 #ifdef CONFIG_CMA
1037         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1038 #endif
1039         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1040 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1041         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1042 #endif
1043 };
1044
1045 #ifdef CONFIG_CMA
1046 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1047                                         unsigned int order)
1048 {
1049         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1050 }
1051 #else
1052 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1053                                         unsigned int order) { return NULL; }
1054 #endif
1055
1056 /*
1057  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1058  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1059  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1060  */
1061 int move_freepages(struct zone *zone,
1062                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1063                           int migratetype)
1064 {
1065         struct page *page;
1066         unsigned long order;
1067         int pages_moved = 0;
1068
1069 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1070         /*
1071          * page_zone is not safe to call in this context when
1072          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1073          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1074          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1075          * grouping pages by mobility
1076          */
1077         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1078 #endif
1079
1080         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1081                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1082                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1083
1084                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1085                         page++;
1086                         continue;
1087                 }
1088
1089                 if (!PageBuddy(page)) {
1090                         page++;
1091                         continue;
1092                 }
1093
1094                 order = page_order(page);
1095                 list_move(&page->lru,
1096                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1097                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1098                 page += 1 << order;
1099                 pages_moved += 1 << order;
1100         }
1101
1102         return pages_moved;
1103 }
1104
1105 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1106                                 int migratetype)
1107 {
1108         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1109         struct page *start_page, *end_page;
1110
1111         start_pfn = page_to_pfn(page);
1112         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1113         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1114         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1115         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1116
1117         /* Do not cross zone boundaries */
1118         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1119                 start_page = page;
1120         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1121                 return 0;
1122
1123         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1124 }
1125
1126 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1127                                         int start_order, int migratetype)
1128 {
1129         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1130
1131         while (nr_pageblocks--) {
1132                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1133                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1134         }
1135 }
1136
1137 /*
1138  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1139  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1140  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1141  *
1142  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1143  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1144  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1145  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1146  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1147  * pageblocks.
1148  */
1149 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1150 {
1151         /*
1152          * Leaving this order check is intended, although there is
1153          * relaxed order check in next check. The reason is that
1154          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1155          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1156          * so could be changed anytime.
1157          */
1158         if (order >= pageblock_order)
1159                 return true;
1160
1161         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1162                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1163                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1164                 page_group_by_mobility_disabled)
1165                 return true;
1166
1167         return false;
1168 }
1169
1170 /*
1171  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1172  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1173  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1174  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1175  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1176  */
1177 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1178                                                           int start_type)
1179 {
1180         int current_order = page_order(page);
1181         int pages;
1182
1183         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1184         if (current_order >= pageblock_order) {
1185                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1186                 return;
1187         }
1188
1189         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1190
1191         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1192         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1193                         page_group_by_mobility_disabled)
1194                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1195 }
1196
1197 /* Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order. */
1198 static int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1199                                         int migratetype, bool *can_steal)
1200 {
1201         int i;
1202         int fallback_mt;
1203
1204         if (area->nr_free == 0)
1205                 return -1;
1206
1207         *can_steal = false;
1208         for (i = 0;; i++) {
1209                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1210                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1211                         break;
1212
1213                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1214                         continue;
1215
1216                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1217                         *can_steal = true;
1218
1219                 return fallback_mt;
1220         }
1221
1222         return -1;
1223 }
1224
1225 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1226 static inline struct page *
1227 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1228 {
1229         struct free_area *area;
1230         unsigned int current_order;
1231         struct page *page;
1232         int fallback_mt;
1233         bool can_steal;
1234
1235         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1236         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1237                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1238                                 --current_order) {
1239                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1240                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1241                                 start_migratetype, &can_steal);
1242                 if (fallback_mt == -1)
1243                         continue;
1244
1245                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1246                                                 struct page, lru);
1247                 if (can_steal)
1248                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1249
1250                 /* Remove the page from the freelists */
1251                 area->nr_free--;
1252                 list_del(&page->lru);
1253                 rmv_page_order(page);
1254
1255                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1256                                         start_migratetype);
1257                 /*
1258                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1259                  * migratetype depending on the decisions in
1260                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1261                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1262                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1263                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1264                  */
1265                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1266
1267                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1268                         start_migratetype, fallback_mt);
1269
1270                 return page;
1271         }
1272
1273         return NULL;
1274 }
1275
1276 /*
1277  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1278  * Call me with the zone->lock already held.
1279  */
1280 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1281                                                 int migratetype)
1282 {
1283         struct page *page;
1284
1285 retry_reserve:
1286         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1287
1288         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1289                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1290                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1291
1292                 if (!page)
1293                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1294
1295                 /*
1296                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1297                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1298                  * and we want just one call site
1299                  */
1300                 if (!page) {
1301                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1302                         goto retry_reserve;
1303                 }
1304         }
1305
1306         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1307         return page;
1308 }
1309
1310 /*
1311  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1312  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1313  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1314  */
1315 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1316                         unsigned long count, struct list_head *list,
1317                         int migratetype, bool cold)
1318 {
1319         int i;
1320
1321         spin_lock(&zone->lock);
1322         for (i = 0; i < count; ++i) {
1323                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1324                 if (unlikely(page == NULL))
1325                         break;
1326
1327                 /*
1328                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1329                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1330                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1331                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1332                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1333                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1334                  * properly.
1335                  */
1336                 if (likely(!cold))
1337                         list_add(&page->lru, list);
1338                 else
1339                         list_add_tail(&page->lru, list);
1340                 list = &page->lru;
1341                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1342                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1343                                               -(1 << order));
1344         }
1345         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1346         spin_unlock(&zone->lock);
1347         return i;
1348 }
1349
1350 #ifdef CONFIG_NUMA
1351 /*
1352  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1353  * currently executing processor on remote nodes after they have
1354  * expired.
1355  *
1356  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1357  * a single processor.
1358  */
1359 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1360 {
1361         unsigned long flags;
1362         int to_drain, batch;
1363
1364         local_irq_save(flags);
1365         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1366         to_drain = min(pcp->count, batch);
1367         if (to_drain > 0) {
1368                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1369                 pcp->count -= to_drain;
1370         }
1371         local_irq_restore(flags);
1372 }
1373 #endif
1374
1375 /*
1376  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1377  *
1378  * The processor must either be the current processor and the
1379  * thread pinned to the current processor or a processor that
1380  * is not online.
1381  */
1382 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1383 {
1384         unsigned long flags;
1385         struct per_cpu_pageset *pset;
1386         struct per_cpu_pages *pcp;
1387
1388         local_irq_save(flags);
1389         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1390
1391         pcp = &pset->pcp;
1392         if (pcp->count) {
1393                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1394                 pcp->count = 0;
1395         }
1396         local_irq_restore(flags);
1397 }
1398
1399 /*
1400  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1401  *
1402  * The processor must either be the current processor and the
1403  * thread pinned to the current processor or a processor that
1404  * is not online.
1405  */
1406 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1407 {
1408         struct zone *zone;
1409
1410         for_each_populated_zone(zone) {
1411                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1412         }
1413 }
1414
1415 /*
1416  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1417  *
1418  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1419  * the single zone's pages.
1420  */
1421 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1422 {
1423         int cpu = smp_processor_id();
1424
1425         if (zone)
1426                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1427         else
1428                 drain_pages(cpu);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1433  *
1434  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1435  *
1436  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1437  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1438  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1439  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1440  * before the call to on_each_cpu_mask().
1441  */
1442 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1443 {
1444         int cpu;
1445
1446         /*
1447          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1448          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1449          */
1450         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1451
1452         /*
1453          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1454          * as offline notification will cause the notified
1455          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1456          * disables preemption as part of its processing
1457          */
1458         for_each_online_cpu(cpu) {
1459                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1460                 struct zone *z;
1461                 bool has_pcps = false;
1462
1463                 if (zone) {
1464                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1465                         if (pcp->pcp.count)
1466                                 has_pcps = true;
1467                 } else {
1468                         for_each_populated_zone(z) {
1469                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1470                                 if (pcp->pcp.count) {
1471                                         has_pcps = true;
1472                                         break;
1473                                 }
1474                         }
1475                 }
1476
1477                 if (has_pcps)
1478                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1479                 else
1480                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1481         }
1482         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1483                                                                 zone, 1);
1484 }
1485
1486 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1487
1488 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1489 {
1490         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1491         unsigned long flags;
1492         unsigned int order, t;
1493         struct list_head *curr;
1494
1495         if (zone_is_empty(zone))
1496                 return;
1497
1498         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1499
1500         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1501         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1502                 if (pfn_valid(pfn)) {
1503                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1504
1505                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1506                                 swsusp_unset_page_free(page);
1507                 }
1508
1509         for_each_migratetype_order(order, t) {
1510                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1511                         unsigned long i;
1512
1513                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1514                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1515                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1516                 }
1517         }
1518         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1519 }
1520 #endif /* CONFIG_PM */
1521
1522 /*
1523  * Free a 0-order page
1524  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1525  */
1526 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1527 {
1528         struct zone *zone = page_zone(page);
1529         struct per_cpu_pages *pcp;
1530         unsigned long flags;
1531         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1532         int migratetype;
1533
1534         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1535                 return;
1536
1537         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1538         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1539         local_irq_save(flags);
1540         __count_vm_event(PGFREE);
1541
1542         /*
1543          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1544          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1545          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1546          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1547          * excessively into the page allocator
1548          */
1549         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1550                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1551                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1552                         goto out;
1553                 }
1554                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1555         }
1556
1557         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1558         if (!cold)
1559                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1560         else
1561                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1562         pcp->count++;
1563         if (pcp->count >= pcp->high) {
1564                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1565                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1566                 pcp->count -= batch;
1567         }
1568
1569 out:
1570         local_irq_restore(flags);
1571 }
1572
1573 /*
1574  * Free a list of 0-order pages
1575  */
1576 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1577 {
1578         struct page *page, *next;
1579
1580         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1581                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1582                 free_hot_cold_page(page, cold);
1583         }
1584 }
1585
1586 /*
1587  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1588  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1589  * Each sub-page must be freed individually.
1590  *
1591  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1592  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1593  */
1594 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1595 {
1596         int i;
1597
1598         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1599         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1600
1601 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1602         /*
1603          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1604          * otherwise free the whole shadow.
1605          */
1606         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1607                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1608 #endif
1609
1610         set_page_owner(page, 0, 0);
1611         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1612                 set_page_refcounted(page + i);
1613                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1614         }
1615 }
1616 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1617
1618 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1619 {
1620         unsigned long watermark;
1621         struct zone *zone;
1622         int mt;
1623
1624         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1625
1626         zone = page_zone(page);
1627         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1628
1629         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1630                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1631                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1632                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1633                         return 0;
1634
1635                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1636         }
1637
1638         /* Remove page from free list */
1639         list_del(&page->lru);
1640         zone->free_area[order].nr_free--;
1641         rmv_page_order(page);
1642
1643         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1644         if (order >= pageblock_order - 1) {
1645                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1646                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1647                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1648                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1649                                 set_pageblock_migratetype(page,
1650                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1651                 }
1652         }
1653
1654         set_page_owner(page, order, 0);
1655         return 1UL << order;
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1660  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1661  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1662  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1663  * are enabled.
1664  *
1665  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1666  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1667  */
1668 int split_free_page(struct page *page)
1669 {
1670         unsigned int order;
1671         int nr_pages;
1672
1673         order = page_order(page);
1674
1675         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1676         if (!nr_pages)
1677                 return 0;
1678
1679         /* Split into individual pages */
1680         set_page_refcounted(page);
1681         split_page(page, order);
1682         return nr_pages;
1683 }
1684
1685 /*
1686  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
1687  */
1688 static inline
1689 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1690                         struct zone *zone, unsigned int order,
1691                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1692 {
1693         unsigned long flags;
1694         struct page *page;
1695         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1696
1697         if (likely(order == 0)) {
1698                 struct per_cpu_pages *pcp;
1699                 struct list_head *list;
1700
1701                 local_irq_save(flags);
1702                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1703                 list = &pcp->lists[migratetype];
1704                 if (list_empty(list)) {
1705                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1706                                         pcp->batch, list,
1707                                         migratetype, cold);
1708                         if (unlikely(list_empty(list)))
1709                                 goto failed;
1710                 }
1711
1712                 if (cold)
1713                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1714                 else
1715                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1716
1717                 list_del(&page->lru);
1718                 pcp->count--;
1719         } else {
1720                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1721                         /*
1722                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1723                          *
1724                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1725                          * properly detect and handle allocation failures.
1726                          *
1727                          * We most definitely don't want callers attempting to
1728                          * allocate greater than order-1 page units with
1729                          * __GFP_NOFAIL.
1730                          */
1731                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1732                 }
1733                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1734                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1735                 spin_unlock(&zone->lock);
1736                 if (!page)
1737                         goto failed;
1738                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1739                                           get_freepage_migratetype(page));
1740         }
1741
1742         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1743         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1744             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1745                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1746
1747         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1748         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1749         local_irq_restore(flags);
1750
1751         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1752         return page;
1753
1754 failed:
1755         local_irq_restore(flags);
1756         return NULL;
1757 }
1758
1759 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1760
1761 static struct {
1762         struct fault_attr attr;
1763
1764         u32 ignore_gfp_highmem;
1765         u32 ignore_gfp_wait;
1766         u32 min_order;
1767 } fail_page_alloc = {
1768         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1769         .ignore_gfp_wait = 1,
1770         .ignore_gfp_highmem = 1,
1771         .min_order = 1,
1772 };
1773
1774 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1775 {
1776         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1777 }
1778 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1779
1780 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1781 {
1782         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1783                 return false;
1784         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1785                 return false;
1786         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1787                 return false;
1788         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1789                 return false;
1790
1791         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1792 }
1793
1794 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1795
1796 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1797 {
1798         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1799         struct dentry *dir;
1800
1801         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1802                                         &fail_page_alloc.attr);
1803         if (IS_ERR(dir))
1804                 return PTR_ERR(dir);
1805
1806         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1807                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1808                 goto fail;
1809         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1810                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1811                 goto fail;
1812         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1813                                 &fail_page_alloc.min_order))
1814                 goto fail;
1815
1816         return 0;
1817 fail:
1818         debugfs_remove_recursive(dir);
1819
1820         return -ENOMEM;
1821 }
1822
1823 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1824
1825 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1826
1827 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1828
1829 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1830 {
1831         return false;
1832 }
1833
1834 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1835
1836 /*
1837  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1838  * of the allocation.
1839  */
1840 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1841                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1842                         long free_pages)
1843 {
1844         /* free_pages may go negative - that's OK */
1845         long min = mark;
1846         int o;
1847         long free_cma = 0;
1848
1849         free_pages -= (1 << order) - 1;
1850         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1851                 min -= min / 2;
1852         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1853                 min -= min / 4;
1854 #ifdef CONFIG_CMA
1855         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1856         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1857                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1858 #endif
1859
1860         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1861                 return false;
1862         for (o = 0; o < order; o++) {
1863                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1864                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1865
1866                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1867                 min >>= 1;
1868
1869                 if (free_pages <= min)
1870                         return false;
1871         }
1872         return true;
1873 }
1874
1875 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1876                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1877 {
1878         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1879                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1880 }
1881
1882 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1883                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1884 {
1885         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1886
1887         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1888                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1889
1890         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1891                                                                 free_pages);
1892 }
1893
1894 #ifdef CONFIG_NUMA
1895 /*
1896  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1897  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1898  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1899  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1900  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1901  *
1902  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1903  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1904  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1905  *
1906  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1907  * nothing and returns NULL.
1908  *
1909  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1910  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1911  *
1912  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1913  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1914  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1915  * quickly as we can.
1916  */
1917 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1918 {
1919         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1920         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1921
1922         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1923         if (!zlc)
1924                 return NULL;
1925
1926         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1927                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1928                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1929         }
1930
1931         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1932                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1933                                         &node_states[N_MEMORY];
1934         return allowednodes;
1935 }
1936
1937 /*
1938  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1939  * if it is worth looking at further for free memory:
1940  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1941  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1942  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1943  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1944  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1945  * else return false (zero) if it is not.
1946  *
1947  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1948  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1949  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1950  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1951  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1952  * into the second scan of the zonelist.
1953  *
1954  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1955  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1956  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1957  * unturned looking for a free page.
1958  */
1959 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1960                                                 nodemask_t *allowednodes)
1961 {
1962         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1963         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1964         int n;                          /* node that zone *z is on */
1965
1966         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1967         if (!zlc)
1968                 return 1;
1969
1970         i = z - zonelist->_zonerefs;
1971         n = zlc->z_to_n[i];
1972
1973         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1974         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1979  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1980  * from that zone don't waste time re-examining it.
1981  */
1982 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1983 {
1984         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1985         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1986
1987         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1988         if (!zlc)
1989                 return;
1990
1991         i = z - zonelist->_zonerefs;
1992
1993         set_bit(i, zlc->fullzones);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1998  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1999  */
2000 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2001 {
2002         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2003
2004         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2005         if (!zlc)
2006                 return;
2007
2008         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2009 }
2010
2011 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2012 {
2013         return local_zone->node == zone->node;
2014 }
2015
2016 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2017 {
2018         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2019                                 RECLAIM_DISTANCE;
2020 }
2021
2022 #else   /* CONFIG_NUMA */
2023
2024 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2025 {
2026         return NULL;
2027 }
2028
2029 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2030                                 nodemask_t *allowednodes)
2031 {
2032         return 1;
2033 }
2034
2035 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2036 {
2037 }
2038
2039 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2040 {
2041 }
2042
2043 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2044 {
2045         return true;
2046 }
2047
2048 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2049 {
2050         return true;
2051 }
2052
2053 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2054
2055 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2056 {
2057         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2058
2059         do {
2060                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2061                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2062                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2063                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2064         } while (zone++ != preferred_zone);
2065 }
2066
2067 /*
2068  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2069  * a page.
2070  */
2071 static struct page *
2072 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2073                                                 const struct alloc_context *ac)
2074 {
2075         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2076         struct zoneref *z;
2077         struct page *page = NULL;
2078         struct zone *zone;
2079         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2080         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2081         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2082         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2083                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2084         int nr_fair_skipped = 0;
2085         bool zonelist_rescan;
2086
2087 zonelist_scan:
2088         zonelist_rescan = false;
2089
2090         /*
2091          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2092          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2093          */
2094         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2095                                                                 ac->nodemask) {
2096                 unsigned long mark;
2097
2098                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2099                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2100                                 continue;
2101                 if (cpusets_enabled() &&
2102                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2103                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2104                                 continue;
2105                 /*
2106                  * Distribute pages in proportion to the individual
2107                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2108                  * page was allocated in should have no effect on the
2109                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2110                  */
2111                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2112                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2113                                 break;
2114                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2115                                 nr_fair_skipped++;
2116                                 continue;
2117                         }
2118                 }
2119                 /*
2120                  * When allocating a page cache page for writing, we
2121                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2122                  * limit, such that no single zone holds more than its
2123                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2124                  * The dirty limits take into account the zone's
2125                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2126                  * should be able to balance it without having to
2127                  * write pages from its LRU list.
2128                  *
2129                  * This may look like it could increase pressure on
2130                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2131                  * before they are full.  But the pages that do spill
2132                  * over are limited as the lower zones are protected
2133                  * by this very same mechanism.  It should not become
2134                  * a practical burden to them.
2135                  *
2136                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2137                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2138                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2139                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2140                  * zones are together not big enough to reach the
2141                  * global limit.  The proper fix for these situations
2142                  * will require awareness of zones in the
2143                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2144                  */
2145                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2146                         continue;
2147
2148                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2149                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2150                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2151                         int ret;
2152
2153                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2154                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2155                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2156                                 goto try_this_zone;
2157
2158                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2159                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2160                                 /*
2161                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2162                                  * and before considering the first zone allowed
2163                                  * by the cpuset.
2164                                  */
2165                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2166                                 zlc_active = 1;
2167                                 did_zlc_setup = 1;
2168                         }
2169
2170                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2171                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2172                                 goto this_zone_full;
2173
2174                         /*
2175                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2176                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2177                          */
2178                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2179                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2180                                 continue;
2181
2182                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2183                         switch (ret) {
2184                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2185                                 /* did not scan */
2186                                 continue;
2187                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2188                                 /* scanned but unreclaimable */
2189                                 continue;
2190                         default:
2191                                 /* did we reclaim enough */
2192                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2193                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2194                                         goto try_this_zone;
2195
2196                                 /*
2197                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2198                                  * Only mark the zone full if checking the min
2199                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2200                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2201                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2202                                  * when the watermark is between the low and
2203                                  * min watermarks.
2204                                  */
2205                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2206                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2207                                         goto this_zone_full;
2208
2209                                 continue;
2210                         }
2211                 }
2212
2213 try_this_zone:
2214                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2215                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2216                 if (page) {
2217                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2218                                 goto try_this_zone;
2219                         return page;
2220                 }
2221 this_zone_full:
2222                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2223                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2224         }
2225
2226         /*
2227          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2228          * local node.  However, the local node might have free pages left
2229          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2230          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2231          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2232          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2233          */
2234         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2235                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2236                 if (nr_fair_skipped) {
2237                         zonelist_rescan = true;
2238                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2239                 }
2240                 if (nr_online_nodes > 1)
2241                         zonelist_rescan = true;
2242         }
2243
2244         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2245                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2246                 zlc_active = 0;
2247                 zonelist_rescan = true;
2248         }
2249
2250         if (zonelist_rescan)
2251                 goto zonelist_scan;
2252
2253         return NULL;
2254 }
2255
2256 /*
2257  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2258  * meminfo in irq context.
2259  */
2260 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2261 {
2262         bool ret = false;
2263
2264 #if NODES_SHIFT > 8
2265         ret = in_interrupt();
2266 #endif
2267         return ret;
2268 }
2269
2270 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2271                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2272                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2273
2274 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2275 {
2276         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2277
2278         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2279             debug_guardpage_minorder() > 0)
2280                 return;
2281
2282         /*
2283          * This documents exceptions given to allocations in certain
2284          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2285          * of allowed nodes.
2286          */
2287         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2288                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2289                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2290                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2291         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2292                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2293
2294         if (fmt) {
2295                 struct va_format vaf;
2296                 va_list args;
2297
2298                 va_start(args, fmt);
2299
2300                 vaf.fmt = fmt;
2301                 vaf.va = &args;
2302
2303                 pr_warn("%pV", &vaf);
2304
2305                 va_end(args);
2306         }
2307
2308         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2309                 current->comm, order, gfp_mask);
2310
2311         dump_stack();
2312         if (!should_suppress_show_mem())
2313                 show_mem(filter);
2314 }
2315
2316 static inline int
2317 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2318                                 unsigned long did_some_progress,
2319                                 unsigned long pages_reclaimed)
2320 {
2321         /* Do not loop if specifically requested */
2322         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2323                 return 0;
2324
2325         /* Always retry if specifically requested */
2326         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2327                 return 1;
2328
2329         /*
2330          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2331          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2332          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2333          */
2334         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2335                 return 0;
2336
2337         /*
2338          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2339          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2340          * implementations.
2341          */
2342         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2343                 return 1;
2344
2345         /*
2346          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2347          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2348          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2349          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2350          * allocation still fails, we stop retrying.
2351          */
2352         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2353                 return 1;
2354
2355         return 0;
2356 }
2357
2358 static inline struct page *
2359 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2360         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2361 {
2362         struct page *page;
2363
2364         *did_some_progress = 0;
2365
2366         /*
2367          * Acquire the per-zone oom lock for each zone.  If that
2368          * fails, somebody else is making progress for us.
2369          */
2370         if (!oom_zonelist_trylock(ac->zonelist, gfp_mask)) {
2371                 *did_some_progress = 1;
2372                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2373                 return NULL;
2374         }
2375
2376         /*
2377          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2378          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2379          * we're still under heavy pressure.
2380          */
2381         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2382                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2383         if (page)
2384                 goto out;
2385
2386         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2387                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2388                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2389                         goto out;
2390                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2391                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2392                         goto out;
2393                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2394                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2395                         goto out;
2396                 /* The OOM killer does not compensate for light reclaim */
2397                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2398                         /*
2399                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2400                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2401                          * keep looping as per should_alloc_retry().
2402                          */
2403                         *did_some_progress = 1;
2404                         goto out;
2405                 }
2406                 /*
2407                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2408                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2409                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2410                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2411                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2412                  */
2413                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2414                         goto out;
2415         }
2416         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2417         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2418                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2419                 *did_some_progress = 1;
2420 out:
2421         oom_zonelist_unlock(ac->zonelist, gfp_mask);
2422         return page;
2423 }
2424
2425 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2426 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2427 static struct page *
2428 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2429                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2430                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2431                 bool *deferred_compaction)
2432 {
2433         unsigned long compact_result;
2434         struct page *page;
2435
2436         if (!order)
2437                 return NULL;
2438
2439         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2440         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2441                                                 mode, contended_compaction);
2442         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2443
2444         switch (compact_result) {
2445         case COMPACT_DEFERRED:
2446                 *deferred_compaction = true;
2447                 /* fall-through */
2448         case COMPACT_SKIPPED:
2449                 return NULL;
2450         default:
2451                 break;
2452         }
2453
2454         /*
2455          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2456          * count a compaction stall
2457          */
2458         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2459
2460         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2461                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2462
2463         if (page) {
2464                 struct zone *zone = page_zone(page);
2465
2466                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2467                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2468                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2469                 return page;
2470         }
2471
2472         /*
2473          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2474          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2475          */
2476         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2477
2478         cond_resched();
2479
2480         return NULL;
2481 }
2482 #else
2483 static inline struct page *
2484 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2485                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2486                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2487                 bool *deferred_compaction)
2488 {
2489         return NULL;
2490 }
2491 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2492
2493 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2494 static int
2495 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2496                                         const struct alloc_context *ac)
2497 {
2498         struct reclaim_state reclaim_state;
2499         int progress;
2500
2501         cond_resched();
2502
2503         /* We now go into synchronous reclaim */
2504         cpuset_memory_pressure_bump();
2505         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2506         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2507         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2508         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2509
2510         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2511                                                                 ac->nodemask);
2512
2513         current->reclaim_state = NULL;
2514         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2515         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2516
2517         cond_resched();
2518
2519         return progress;
2520 }
2521
2522 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2523 static inline struct page *
2524 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2525                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2526                 unsigned long *did_some_progress)
2527 {
2528         struct page *page = NULL;
2529         bool drained = false;
2530
2531         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2532         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2533                 return NULL;
2534
2535         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2536         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2537                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2538
2539 retry:
2540         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2541                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2542
2543         /*
2544          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2545          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2546          */
2547         if (!page && !drained) {
2548                 drain_all_pages(NULL);
2549                 drained = true;
2550                 goto retry;
2551         }
2552
2553         return page;
2554 }
2555
2556 /*
2557  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2558  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2559  */
2560 static inline struct page *
2561 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2562                                 const struct alloc_context *ac)
2563 {
2564         struct page *page;
2565
2566         do {
2567                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2568                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2569
2570                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2571                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2572                                                                         HZ/50);
2573         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2574
2575         return page;
2576 }
2577
2578 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2579 {
2580         struct zoneref *z;
2581         struct zone *zone;
2582
2583         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2584                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2585                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2586 }
2587
2588 static inline int
2589 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2590 {
2591         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2592         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2593
2594         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2595         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2596
2597         /*
2598          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2599          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2600          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2601          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2602          */
2603         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2604
2605         if (atomic) {
2606                 /*
2607                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2608                  * if it can't schedule.
2609                  */
2610                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2611                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2612                 /*
2613                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2614                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2615                  */
2616                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2617         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2618                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2619
2620         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2621                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2622                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2623                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2624                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2625                 else if (!in_interrupt() &&
2626                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2627                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2628                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2629         }
2630 #ifdef CONFIG_CMA
2631         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2632                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2633 #endif
2634         return alloc_flags;
2635 }
2636
2637 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2638 {
2639         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2640 }
2641
2642 static inline struct page *
2643 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2644                                                 struct alloc_context *ac)
2645 {
2646         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2647         struct page *page = NULL;
2648         int alloc_flags;
2649         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2650         unsigned long did_some_progress;
2651         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2652         bool deferred_compaction = false;
2653         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2654
2655         /*
2656          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2657          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2658          * be using allocators in order of preference for an area that is
2659          * too large.
2660          */
2661         if (order >= MAX_ORDER) {
2662                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2663                 return NULL;
2664         }
2665
2666         /*
2667          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2668          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2669          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2670          * using a larger set of nodes after it has established that the
2671          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2672          * over allocated.
2673          */
2674         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2675             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2676                 goto nopage;
2677
2678 retry:
2679         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2680                 wake_all_kswapds(order, ac);
2681
2682         /*
2683          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2684          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2685          * to how we want to proceed.
2686          */
2687         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2688
2689         /*
2690          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2691          * cpusets.
2692          */
2693         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2694                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2695                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2696                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2697                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2698         }
2699
2700         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2701         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2702                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2703         if (page)
2704                 goto got_pg;
2705
2706         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2707         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2708                 /*
2709                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2710                  * the allocation is high priority and these type of
2711                  * allocations are system rather than user orientated
2712                  */
2713                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2714
2715                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
2716
2717                 if (page) {
2718                         goto got_pg;
2719                 }
2720         }
2721
2722         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2723         if (!wait) {
2724                 /*
2725                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2726                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2727                  * type of allocation to fail.
2728                  */
2729                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2730                 goto nopage;
2731         }
2732
2733         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2734         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2735                 goto nopage;
2736
2737         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2738         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2739                 goto nopage;
2740
2741         /*
2742          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2743          * attempts after direct reclaim are synchronous
2744          */
2745         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2746                                         migration_mode,
2747                                         &contended_compaction,
2748                                         &deferred_compaction);
2749         if (page)
2750                 goto got_pg;
2751
2752         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2753         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2754                 /*
2755                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2756                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2757                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2758                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2759                  * instead of entering direct reclaim.
2760                  */
2761                 if (deferred_compaction)
2762                         goto nopage;
2763
2764                 /*
2765                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2766                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2767                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2768                  * so we fallback to base pages instead.
2769                  */
2770                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2771                         goto nopage;
2772
2773                 /*
2774                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2775                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2776                  * khugepaged trying to collapse.
2777                  */
2778                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2779                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2780                         goto nopage;
2781         }
2782
2783         /*
2784          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2785          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2786          * khugepaged trying to collapse.
2787          */
2788         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2789                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2790                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2791
2792         /* Try direct reclaim and then allocating */
2793         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2794                                                         &did_some_progress);
2795         if (page)
2796                 goto got_pg;
2797
2798         /* Check if we should retry the allocation */
2799         pages_reclaimed += did_some_progress;
2800         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2801                                                 pages_reclaimed)) {
2802                 /*
2803                  * If we fail to make progress by freeing individual
2804                  * pages, but the allocation wants us to keep going,
2805                  * start OOM killing tasks.
2806                  */
2807                 if (!did_some_progress) {
2808                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac,
2809                                                         &did_some_progress);
2810                         if (page)
2811                                 goto got_pg;
2812                         if (!did_some_progress)
2813                                 goto nopage;
2814                 }
2815                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2816                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2817                 goto retry;
2818         } else {
2819                 /*
2820                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2821                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2822                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2823                  */
2824                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2825                                         alloc_flags, ac, migration_mode,
2826                                         &contended_compaction,
2827                                         &deferred_compaction);
2828                 if (page)
2829                         goto got_pg;
2830         }
2831
2832 nopage:
2833         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2834 got_pg:
2835         return page;
2836 }
2837
2838 /*
2839  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2840  */
2841 struct page *
2842 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2843                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2844 {
2845         struct zoneref *preferred_zoneref;
2846         struct page *page = NULL;
2847         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2848         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2849         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
2850         struct alloc_context ac = {
2851                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
2852                 .nodemask = nodemask,
2853                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
2854         };
2855
2856         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2857
2858         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2859
2860         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2861
2862         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2863                 return NULL;
2864
2865         /*
2866          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2867          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2868          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2869          */
2870         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2871                 return NULL;
2872
2873         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2874                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2875
2876 retry_cpuset:
2877         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2878
2879         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
2880         ac.zonelist = zonelist;
2881         /* The preferred zone is used for statistics later */
2882         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
2883                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2884                                 &ac.preferred_zone);
2885         if (!ac.preferred_zone)
2886                 goto out;
2887         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2888
2889         /* First allocation attempt */
2890         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
2891         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
2892         if (unlikely(!page)) {
2893                 /*
2894                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2895                  * can deadlock because I/O on the device might not
2896                  * complete.
2897                  */
2898                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2899
2900                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
2901         }
2902
2903         if (kmemcheck_enabled && page)
2904                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2905
2906         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
2907
2908 out:
2909         /*
2910          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2911          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2912          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2913          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2914          */
2915         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2916                 goto retry_cpuset;
2917
2918         return page;
2919 }
2920 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2921
2922 /*
2923  * Common helper functions.
2924  */
2925 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2926 {
2927         struct page *page;
2928
2929         /*
2930          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2931          * a highmem page
2932          */
2933         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2934
2935         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2936         if (!page)
2937                 return 0;
2938         return (unsigned long) page_address(page);
2939 }
2940 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2941
2942 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2943 {
2944         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2945 }
2946 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2947
2948 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2949 {
2950         if (put_page_testzero(page)) {
2951                 if (order == 0)
2952                         free_hot_cold_page(page, false);
2953                 else
2954                         __free_pages_ok(page, order);
2955         }
2956 }
2957
2958 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2959
2960 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2961 {
2962         if (addr != 0) {
2963                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2964                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2965         }
2966 }
2967
2968 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2969
2970 /*
2971  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2972  * of the current memory cgroup.
2973  *
2974  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2975  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2976  */
2977 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2978 {
2979         struct page *page;
2980         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2981
2982         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2983                 return NULL;
2984         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2985         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2986         return page;
2987 }
2988
2989 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2990 {
2991         struct page *page;
2992         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2993
2994         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2995                 return NULL;
2996         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2997         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2998         return page;
2999 }
3000
3001 /*
3002  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3003  * alloc_kmem_pages.
3004  */
3005 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3006 {
3007         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3008         __free_pages(page, order);
3009 }
3010
3011 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3012 {
3013         if (addr != 0) {
3014                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3015                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3016         }
3017 }
3018
3019 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3020 {
3021         if (addr) {
3022                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3023                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3024
3025                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3026                 while (used < alloc_end) {
3027                         free_page(used);
3028                         used += PAGE_SIZE;
3029                 }
3030         }
3031         return (void *)addr;
3032 }
3033
3034 /**
3035  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3036  * @size: the number of bytes to allocate
3037  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3038  *
3039  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3040  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3041  * allocate memory in power-of-two pages.
3042  *
3043  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3044  *
3045  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3046  */
3047 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3048 {
3049         unsigned int order = get_order(size);
3050         unsigned long addr;
3051
3052         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3053         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3054 }
3055 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3056
3057 /**
3058  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3059  *                         pages on a node.
3060  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3061  * @size: the number of bytes to allocate
3062  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3063  *
3064  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3065  * back.
3066  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3067  * but is not exact.
3068  */
3069 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3070 {
3071         unsigned order = get_order(size);
3072         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3073         if (!p)
3074                 return NULL;
3075         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3076 }
3077
3078 /**
3079  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3080  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3081  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3082  *
3083  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3084  */
3085 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3086 {
3087         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3088         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3089
3090         while (addr < end) {
3091                 free_page(addr);
3092                 addr += PAGE_SIZE;
3093         }
3094 }
3095 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3096
3097 /**
3098  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3099  * @offset: The zone index of the highest zone
3100  *
3101  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3102  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3103  * zone, the number of pages is calculated as:
3104  *     managed_pages - high_pages
3105  */
3106 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3107 {
3108         struct zoneref *z;
3109         struct zone *zone;
3110
3111         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3112         unsigned long sum = 0;
3113
3114         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3115
3116         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3117                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3118                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3119                 if (size > high)
3120                         sum += size - high;
3121         }
3122
3123         return sum;
3124 }
3125
3126 /**
3127  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3128  *
3129  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3130  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3131  */
3132 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3133 {
3134         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3135 }
3136 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3137
3138 /**
3139  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3140  *
3141  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3142  * high watermark within all zones.
3143  */
3144 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3145 {
3146         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3147 }
3148
3149 static inline void show_node(struct zone *zone)
3150 {
3151         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3152                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3153 }
3154
3155 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3156 {
3157         val->totalram = totalram_pages;
3158         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3159         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3160         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3161         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3162         val->freehigh = nr_free_highpages();
3163         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3164 }
3165
3166 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3167
3168 #ifdef CONFIG_NUMA
3169 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3170 {
3171         int zone_type;          /* needs to be signed */
3172         unsigned long managed_pages = 0;
3173         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3174
3175         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3176                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3177         val->totalram = managed_pages;
3178         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3179         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3180 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3181         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3182         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3183                         NR_FREE_PAGES);
3184 #else
3185         val->totalhigh = 0;
3186         val->freehigh = 0;
3187 #endif
3188         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3189 }
3190 #endif
3191
3192 /*
3193  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3194  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3195  */
3196 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3197 {
3198         bool ret = false;
3199         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3200
3201         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3202                 goto out;
3203
3204         do {
3205                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3206                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3207         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3208 out:
3209         return ret;
3210 }
3211
3212 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3213
3214 static void show_migration_types(unsigned char type)
3215 {
3216         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3217                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3218                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3219                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3220                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3221 #ifdef CONFIG_CMA
3222                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3223 #endif
3224 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3225                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3226 #endif
3227         };
3228         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3229         char *p = tmp;
3230         int i;
3231
3232         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3233                 if (type & (1 << i))
3234                         *p++ = types[i];
3235         }
3236
3237         *p = '\0';
3238         printk("(%s) ", tmp);
3239 }
3240
3241 /*
3242  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3243  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3244  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3245  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3246  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3247  */
3248 void show_free_areas(unsigned int filter)
3249 {
3250         int cpu;
3251         struct zone *zone;
3252
3253         for_each_populated_zone(zone) {
3254                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3255                         continue;
3256                 show_node(zone);
3257                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3258
3259                 for_each_online_cpu(cpu) {
3260                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3261
3262                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3263
3264                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3265                                cpu, pageset->pcp.high,
3266                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3267                 }
3268         }
3269
3270         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3271                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3272                 " unevictable:%lu"
3273                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3274                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3275                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3276                 " free_cma:%lu\n",
3277                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3278                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3279                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3280                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3281                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3282                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3283                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3284                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3285                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3286                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3287                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3288                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3289                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3290                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3291                 global_page_state(NR_SHMEM),
3292                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3293                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3294                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3295
3296         for_each_populated_zone(zone) {
3297                 int i;
3298
3299                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3300                         continue;
3301                 show_node(zone);
3302                 printk("%s"
3303                         " free:%lukB"
3304                         " min:%lukB"
3305                         " low:%lukB"
3306                         " high:%lukB"
3307                         " active_anon:%lukB"
3308                         " inactive_anon:%lukB"
3309                         " active_file:%lukB"
3310                         " inactive_file:%lukB"
3311                         " unevictable:%lukB"
3312                         " isolated(anon):%lukB"
3313                         " isolated(file):%lukB"
3314                         " present:%lukB"
3315                         " managed:%lukB"
3316                         " mlocked:%lukB"
3317                         " dirty:%lukB"
3318                         " writeback:%lukB"
3319                         " mapped:%lukB"
3320                         " shmem:%lukB"
3321                         " slab_reclaimable:%lukB"
3322                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3323                         " kernel_stack:%lukB"
3324                         " pagetables:%lukB"
3325                         " unstable:%lukB"
3326                         " bounce:%lukB"
3327                         " free_cma:%lukB"
3328                         " writeback_tmp:%lukB"
3329                         " pages_scanned:%lu"
3330                         " all_unreclaimable? %s"
3331                         "\n",
3332                         zone->name,
3333                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3334                         K(min_wmark_pages(zone)),
3335                         K(low_wmark_pages(zone)),
3336                         K(high_wmark_pages(zone)),
3337                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3338                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3339                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3340                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3341                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3342                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3343                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3344                         K(zone->present_pages),
3345                         K(zone->managed_pages),
3346                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3347                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3348                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3349                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3350                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3351                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3352                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3353                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3354                                 THREAD_SIZE / 1024,
3355                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3356                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3357                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3358                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3359                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3360                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3361                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3362                         );
3363                 printk("lowmem_reserve[]:");
3364                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3365                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3366                 printk("\n");
3367         }
3368
3369         for_each_populated_zone(zone) {
3370                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3371                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3372
3373                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3374                         continue;
3375                 show_node(zone);
3376                 printk("%s: ", zone->name);
3377
3378                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3379                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3380                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3381                         int type;
3382
3383                         nr[order] = area->nr_free;
3384                         total += nr[order] << order;
3385
3386                         types[order] = 0;
3387                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3388                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3389                                         types[order] |= 1 << type;
3390                         }
3391                 }
3392                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3393                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3394                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3395                         if (nr[order])
3396                                 show_migration_types(types[order]);
3397                 }
3398                 printk("= %lukB\n", K(total));
3399         }
3400
3401         hugetlb_show_meminfo();
3402
3403         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3404
3405         show_swap_cache_info();
3406 }
3407
3408 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3409 {
3410         zoneref->zone = zone;
3411         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3412 }
3413
3414 /*
3415  * Builds allocation fallback zone lists.
3416  *
3417  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3418  */
3419 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3420                                 int nr_zones)
3421 {
3422         struct zone *zone;
3423         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3424
3425         do {
3426                 zone_type--;
3427                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3428                 if (populated_zone(zone)) {
3429                         zoneref_set_zone(zone,
3430                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3431                         check_highest_zone(zone_type);
3432                 }
3433         } while (zone_type);
3434
3435         return nr_zones;
3436 }
3437
3438
3439 /*
3440  *  zonelist_order:
3441  *  0 = automatic detection of better ordering.
3442  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3443  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3444  *
3445  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3446  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3447  */
3448 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3449 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3450 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3451
3452 /* zonelist order in the kernel.
3453  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3454  */
3455 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3456 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3457
3458
3459 #ifdef CONFIG_NUMA
3460 /* The value user specified ....changed by config */
3461 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3462 /* string for sysctl */
3463 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3464 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3465
3466 /*
3467  * interface for configure zonelist ordering.
3468  * command line option "numa_zonelist_order"
3469  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3470  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3471  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3472  */
3473
3474 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3475 {
3476         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3477                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3478         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3479                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3480         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3481                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3482         } else {
3483                 printk(KERN_WARNING
3484                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3485                         "%s\n", s);
3486                 return -EINVAL;
3487         }
3488         return 0;
3489 }
3490
3491 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3492 {
3493         int ret;
3494
3495         if (!s)
3496                 return 0;
3497
3498         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3499         if (ret == 0)
3500                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3501
3502         return ret;
3503 }
3504 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3505
3506 /*
3507  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3508  */
3509 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3510                 void __user *buffer, size_t *length,
3511                 loff_t *ppos)
3512 {
3513         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3514         int ret;
3515         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3516
3517         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3518         if (write) {
3519                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3520                         ret = -EINVAL;
3521                         goto out;
3522                 }
3523                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3524         }
3525         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3526         if (ret)
3527                 goto out;
3528         if (write) {
3529                 int oldval = user_zonelist_order;
3530
3531                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3532                 if (ret) {
3533                         /*
3534                          * bogus value.  restore saved string
3535                          */
3536                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3537                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3538                         user_zonelist_order = oldval;
3539                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3540                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3541                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3542                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3543                 }
3544         }
3545 out:
3546         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3547         return ret;
3548 }
3549
3550
3551 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3552 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3553
3554 /**
3555  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3556  * @node: node whose fallback list we're appending
3557  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3558  *
3559  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3560  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3561  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3562  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3563  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3564  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3565  * on them otherwise.
3566  * It returns -1 if no node is found.
3567  */
3568 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3569 {
3570         int n, val;
3571         int min_val = INT_MAX;
3572         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3573         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3574
3575         /* Use the local node if we haven't already */
3576         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3577                 node_set(node, *used_node_mask);
3578                 return node;
3579         }
3580
3581         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3582
3583                 /* Don't want a node to appear more than once */
3584                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3585                         continue;
3586
3587                 /* Use the distance array to find the distance */
3588                 val = node_distance(node, n);
3589
3590                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3591                 val += (n < node);
3592
3593                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3594                 tmp = cpumask_of_node(n);
3595                 if (!cpumask_empty(tmp))
3596                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3597
3598                 /* Slight preference for less loaded node */
3599                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3600                 val += node_load[n];
3601
3602                 if (val < min_val) {
3603                         min_val = val;
3604                         best_node = n;
3605                 }
3606         }
3607
3608         if (best_node >= 0)
3609                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3610
3611         return best_node;
3612 }
3613
3614
3615 /*
3616  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3617  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3618  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3619  */
3620 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3621 {
3622         int j;
3623         struct zonelist *zonelist;
3624
3625         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3626         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3627                 ;
3628         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3629         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3630         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3631 }
3632
3633 /*
3634  * Build gfp_thisnode zonelists
3635  */
3636 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3637 {
3638         int j;
3639         struct zonelist *zonelist;
3640
3641         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3642         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3643         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3644         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3645 }
3646
3647 /*
3648  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3649  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3650  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3651  * may still exist in local DMA zone.
3652  */
3653 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3654
3655 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3656 {
3657         int pos, j, node;
3658         int zone_type;          /* needs to be signed */
3659         struct zone *z;
3660         struct zonelist *zonelist;
3661
3662         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3663         pos = 0;
3664         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3665                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3666                         node = node_order[j];
3667                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3668                         if (populated_zone(z)) {
3669                                 zoneref_set_zone(z,
3670                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3671                                 check_highest_zone(zone_type);
3672                         }
3673                 }
3674         }
3675         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3676         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3677 }
3678
3679 #if defined(CONFIG_64BIT)
3680 /*
3681  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3682  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3683  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3684  */
3685 static int default_zonelist_order(void)
3686 {
3687         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3688 }
3689 #else
3690 /*
3691  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3692  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3693  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3694  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3695  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3696  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3697  */
3698 static int default_zonelist_order(void)
3699 {
3700         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3701 }
3702 #endif /* CONFIG_64BIT */
3703
3704 static void set_zonelist_order(void)
3705 {
3706         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3707                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3708         else
3709                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3710 }
3711
3712 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3713 {
3714         int j, node, load;
3715         enum zone_type i;
3716         nodemask_t used_mask;
3717         int local_node, prev_node;
3718         struct zonelist *zonelist;
3719         int order = current_zonelist_order;
3720
3721         /* initialize zonelists */
3722         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3723                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3724                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3725                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3726         }
3727
3728         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3729         local_node = pgdat->node_id;
3730         load = nr_online_nodes;
3731         prev_node = local_node;
3732         nodes_clear(used_mask);
3733
3734         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3735         j = 0;
3736
3737         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3738                 /*
3739                  * We don't want to pressure a particular node.
3740                  * So adding penalty to the first node in same
3741                  * distance group to make it round-robin.
3742                  */
3743                 if (node_distance(local_node, node) !=
3744                     node_distance(local_node, prev_node))
3745                         node_load[node] = load;
3746
3747                 prev_node = node;
3748                 load--;
3749                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3750                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3751                 else
3752                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3753         }
3754
3755         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3756                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3757                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3758         }
3759
3760         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3761 }
3762
3763 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3764 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3765 {
3766         struct zonelist *zonelist;
3767         struct zonelist_cache *zlc;
3768         struct zoneref *z;
3769
3770         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3771         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3772         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3773         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3774                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3775 }
3776
3777 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3778 /*
3779  * Return node id of node used for "local" allocations.
3780  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3781  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3782  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3783  */
3784 int local_memory_node(int node)
3785 {
3786         struct zone *zone;
3787
3788         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3789                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3790                                    NULL,
3791                                    &zone);
3792         return zone->node;
3793 }
3794 #endif
3795
3796 #else   /* CONFIG_NUMA */
3797
3798 static void set_zonelist_order(void)
3799 {
3800         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3801 }
3802
3803 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3804 {
3805         int node, local_node;
3806         enum zone_type j;
3807         struct zonelist *zonelist;
3808
3809         local_node = pgdat->node_id;
3810
3811         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3812         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3813
3814         /*
3815          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3816          * of all the other nodes.
3817          * We don't want to pressure a particular node, so when
3818          * building the zones for node N, we make sure that the
3819          * zones coming right after the local ones are those from
3820          * node N+1 (modulo N)
3821          */
3822         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3823                 if (!node_online(node))
3824                         continue;
3825                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3826         }
3827         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3828                 if (!node_online(node))
3829                         continue;
3830                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3831         }
3832
3833         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3834         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3835 }
3836
3837 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3838 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3839 {
3840         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3841 }
3842
3843 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3844
3845 /*
3846  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3847  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3848  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3849  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3850  * with interrupts disabled.
3851  *
3852  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3853  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3854  * hotplugged processors.
3855  *
3856  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3857  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3858  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3859  */
3860 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3861 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3862 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3863
3864 /*
3865  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3866  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3867  */
3868 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3869
3870 /* return values int ....just for stop_machine() */
3871 static int __build_all_zonelists(void *data)
3872 {
3873         int nid;
3874         int cpu;
3875         pg_data_t *self = data;
3876
3877 #ifdef CONFIG_NUMA
3878         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3879 #endif
3880
3881         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3882                 build_zonelists(self);
3883                 build_zonelist_cache(self);
3884         }
3885
3886         for_each_online_node(nid) {
3887                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3888
3889                 build_zonelists(pgdat);
3890                 build_zonelist_cache(pgdat);
3891         }
3892
3893         /*
3894          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3895          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3896          * each zone will be allocated later when the per cpu
3897          * allocator is available.
3898          *
3899          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3900          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3901          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3902          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3903          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3904          * (a chicken-egg dilemma).
3905          */
3906         for_each_possible_cpu(cpu) {
3907                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3908
3909 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3910                 /*
3911                  * We now know the "local memory node" for each node--
3912                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3913                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3914                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3915                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3916                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3917                  */
3918                 if (cpu_online(cpu))
3919                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3920 #endif
3921         }
3922
3923         return 0;
3924 }
3925
3926 static noinline void __init
3927 build_all_zonelists_init(void)
3928 {
3929         __build_all_zonelists(NULL);
3930         mminit_verify_zonelist();
3931         cpuset_init_current_mems_allowed();
3932 }
3933
3934 /*
3935  * Called with zonelists_mutex held always
3936  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3937  *
3938  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
3939  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
3940  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
3941  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
3942  */
3943 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3944 {
3945         set_zonelist_order();
3946
3947         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3948                 build_all_zonelists_init();
3949         } else {
3950 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3951                 if (zone)
3952                         setup_zone_pageset(zone);
3953 #endif
3954                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3955                    of zonelist */
3956                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3957                 /* cpuset refresh routine should be here */
3958         }
3959         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3960         /*
3961          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3962          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3963          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3964          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3965          * disabled and enable it later
3966          */
3967         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3968                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3969         else
3970                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3971
3972         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3973                 "Total pages: %ld\n",
3974                         nr_online_nodes,
3975                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3976                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3977                         vm_total_pages);
3978 #ifdef CONFIG_NUMA
3979         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3980 #endif
3981 }
3982
3983 /*
3984  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3985  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3986  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3987  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3988  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3989  * conservative, even though it seems large.
3990  *
3991  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3992  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3993  */
3994 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3995
3996 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3997 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3998 {
3999         unsigned long size = 1;
4000
4001         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4002
4003         while (size < pages)
4004                 size <<= 1;
4005
4006         /*
4007          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4008          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4009          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4010          */
4011         size = min(size, 4096UL);
4012
4013         return max(size, 4UL);
4014 }
4015 #else
4016 /*
4017  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4018  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4019  *
4020  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4021  *
4022  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4023  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4024  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4025  *
4026  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4027  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4028  *
4029  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4030  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4031  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4032  */
4033 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4034 {
4035         return 4096UL;
4036 }
4037 #endif
4038
4039 /*
4040  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4041  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4042  * hash function before the remainder is taken.
4043  */
4044 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4045 {
4046         return ffz(~size);
4047 }
4048
4049 /*
4050  * Check if a pageblock contains reserved pages
4051  */
4052 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4053 {
4054         unsigned long pfn;
4055
4056         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4057                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4058                         return 1;
4059         }
4060         return 0;
4061 }
4062
4063 /*
4064  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4065  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4066  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4067  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4068  * blocks as reclaim kicks in
4069  */
4070 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4071 {
4072         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4073         struct page *page;
4074         unsigned long block_migratetype;
4075         int reserve;
4076         int old_reserve;
4077
4078         /*
4079          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4080          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4081          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4082          * the block.
4083          */
4084         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4085         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4086         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4087         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4088                                                         pageblock_order;
4089
4090         /*
4091          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4092          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4093          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4094          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4095          * future allocation of hugepages at runtime.
4096          */
4097         reserve = min(2, reserve);
4098         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4099
4100         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4101         if (reserve == old_reserve)
4102                 return;
4103         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4104
4105         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4106                 if (!pfn_valid(pfn))
4107                         continue;
4108                 page = pfn_to_page(pfn);
4109
4110                 /* Watch out for overlapping nodes */
4111                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4112                         continue;
4113
4114                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4115
4116                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4117                 if (reserve > 0) {
4118                         /*
4119                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4120                          * them.
4121                          */
4122                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4123                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4124                                 continue;
4125
4126                         /* If this block is reserved, account for it */
4127                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4128                                 reserve--;
4129                                 continue;
4130                         }
4131
4132                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4133                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4134                                 set_pageblock_migratetype(page,
4135                                                         MIGRATE_RESERVE);
4136                                 move_freepages_block(zone, page,
4137                                                         MIGRATE_RESERVE);
4138                                 reserve--;
4139                                 continue;
4140                         }
4141                 } else if (!old_reserve) {
4142                         /*
4143                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4144                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4145                          */
4146                         break;
4147                 }
4148
4149                 /*
4150                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4151                  * take it back
4152                  */
4153                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4154                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4155                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4156                 }
4157         }
4158 }
4159
4160 /*
4161  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4162  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4163  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4164  */
4165 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4166                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4167 {
4168         struct page *page;
4169         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4170         unsigned long pfn;
4171         struct zone *z;
4172
4173         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4174                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4175
4176         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4177         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4178                 /*
4179                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4180                  * handed to this function.  They do not
4181                  * exist on hotplugged memory.
4182                  */
4183                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4184                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4185                                 continue;
4186                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4187                                 continue;
4188                 }
4189                 page = pfn_to_page(pfn);
4190                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4191                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4192                 init_page_count(page);
4193                 page_mapcount_reset(page);
4194                 page_cpupid_reset_last(page);
4195                 SetPageReserved(page);
4196                 /*
4197                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4198                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4199                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4200                  * the address space during boot when many long-lived
4201                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4202                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4203                  * setup_zone_migrate_reserve()
4204                  *
4205                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4206                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4207                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4208                  * pfn out of zone.
4209                  */
4210                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4211                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4212                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4213                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4214
4215                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4216 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4217                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4218                 if (!is_highmem_idx(zone))
4219                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4220 #endif
4221         }
4222 }
4223
4224 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4225 {
4226         unsigned int order, t;
4227         for_each_migratetype_order(order, t) {
4228                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4229                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4230         }
4231 }
4232
4233 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4234 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4235         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4236 #endif
4237
4238 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4239 {
4240 #ifdef CONFIG_MMU
4241         int batch;
4242
4243         /*
4244          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4245          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4246          *
4247          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4248          */
4249         batch = zone->managed_pages / 1024;
4250         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4251                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4252         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4253         if (batch < 1)
4254                 batch = 1;
4255
4256         /*
4257          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4258          * of 2 value was found to be more likely to have
4259          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4260          *
4261          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4262          * batches of pages, one task can end up with a lot
4263          * of pages of one half of the possible page colors
4264          * and the other with pages of the other colors.
4265          */
4266         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4267
4268         return batch;
4269
4270 #else
4271         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4272          * conditions.
4273          *
4274          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4275          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4276          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4277          *
4278          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4279          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4280          * can be a significant delay between the individual batches being
4281          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4282          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4283          */
4284         return 0;
4285 #endif
4286 }
4287
4288 /*
4289  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4290  * ->batch must never be higher then ->high.
4291  * The following function updates them in a safe manner without read side
4292  * locking.
4293  *
4294  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4295  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4296  *
4297  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4298  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4299  * exist).
4300  */
4301 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4302                 unsigned long batch)
4303 {
4304        /* start with a fail safe value for batch */
4305         pcp->batch = 1;
4306         smp_wmb();
4307
4308        /* Update high, then batch, in order */
4309         pcp->high = high;
4310         smp_wmb();
4311
4312         pcp->batch = batch;
4313 }
4314
4315 /* a companion to pageset_set_high() */
4316 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4317 {
4318         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4319 }
4320
4321 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4322 {
4323         struct per_cpu_pages *pcp;
4324         int migratetype;
4325
4326         memset(p, 0, sizeof(*p));
4327
4328         pcp = &p->pcp;
4329         pcp->count = 0;
4330         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4331                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4332 }
4333
4334 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4335 {
4336         pageset_init(p);
4337         pageset_set_batch(p, batch);
4338 }
4339
4340 /*
4341  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4342  * to the value high for the pageset p.
4343  */
4344 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4345                                 unsigned long high)
4346 {
4347         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4348         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4349                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4350
4351         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4352 }
4353
4354 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4355                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4356 {
4357         if (percpu_pagelist_fraction)
4358                 pageset_set_high(pcp,
4359                         (zone->managed_pages /
4360                                 percpu_pagelist_fraction));
4361         else
4362                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4363 }
4364
4365 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4366 {
4367         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4368
4369         pageset_init(pcp);
4370         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4371 }
4372
4373 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4374 {
4375         int cpu;
4376         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4377         for_each_possible_cpu(cpu)
4378                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4379 }
4380
4381 /*
4382  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4383  * Before this call only boot pagesets were available.
4384  */
4385 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4386 {
4387         struct zone *zone;
4388
4389         for_each_populated_zone(zone)
4390                 setup_zone_pageset(zone);
4391 }
4392
4393 static noinline __init_refok
4394 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4395 {
4396         int i;
4397         size_t alloc_size;
4398
4399         /*
4400          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4401          * per zone.
4402          */
4403         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4404                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4405         zone->wait_table_bits =
4406                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4407         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4408                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4409
4410         if (!slab_is_available()) {
4411                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4412                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4413                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4414         } else {
4415                 /*
4416                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4417                  * via memory hot-add.
4418                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4419                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4420                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4421                  * node itself as well.
4422                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4423                  * necessary.
4424                  */
4425                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4426         }
4427         if (!zone->wait_table)
4428                 return -ENOMEM;
4429
4430         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4431                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4432
4433         return 0;
4434 }
4435
4436 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4437 {
4438         /*
4439          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4440          * relies on the ability of the linker to provide the
4441          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4442          */
4443         zone->pageset = &boot_pageset;
4444
4445         if (populated_zone(zone))
4446                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4447                         zone->name, zone->present_pages,
4448                                          zone_batchsize(zone));
4449 }
4450
4451 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4452                                         unsigned long zone_start_pfn,
4453                                         unsigned long size,
4454                                         enum memmap_context context)
4455 {
4456         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4457         int ret;
4458         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4459         if (ret)
4460                 return ret;
4461         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4462
4463         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4464
4465         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4466                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4467                         pgdat->node_id,
4468                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4469                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4470
4471         zone_init_free_lists(zone);
4472
4473         return 0;
4474 }
4475
4476 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4477 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4478 /*
4479  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4480  */
4481 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4482 {
4483         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4484         int nid;
4485         /*
4486          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4487          * when the kernel is running single-threaded.
4488          */
4489         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4490         static int __meminitdata last_nid;
4491
4492         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4493                 return last_nid;
4494
4495         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4496         if (nid != -1) {
4497                 last_start_pfn = start_pfn;
4498                 last_end_pfn = end_pfn;
4499                 last_nid = nid;
4500         }
4501
4502         return nid;
4503 }
4504 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4505
4506 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4507 {
4508         int nid;
4509
4510         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4511         if (nid >= 0)
4512                 return nid;
4513         /* just returns 0 */
4514         return 0;
4515 }
4516
4517 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4518 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4519 {
4520         int nid;
4521
4522         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4523         if (nid >= 0 && nid != node)
4524                 return false;
4525         return true;
4526 }
4527 #endif
4528
4529 /**
4530  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4531  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4532  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4533  *
4534  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4535  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4536  * memblock_free_early_nid() manually.
4537  */
4538 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4539 {
4540         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4541         int i, this_nid;
4542
4543         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4544                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4545                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4546
4547                 if (start_pfn < end_pfn)
4548                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4549                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4550                                         this_nid);
4551         }
4552 }
4553
4554 /**
4555  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4556  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4557  *
4558  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4559  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4560  */
4561 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4562 {
4563         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4564         int i, this_nid;
4565
4566         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4567                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4568 }
4569
4570 /**
4571  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4572  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4573  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4574  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4575  *
4576  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4577  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4578  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4579  * PFNs will be 0.
4580  */
4581 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4582                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4583 {
4584         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4585         int i;
4586
4587         *start_pfn = -1UL;
4588         *end_pfn = 0;
4589
4590         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4591                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4592                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4593         }
4594
4595         if (*start_pfn == -1UL)
4596                 *start_pfn = 0;
4597 }
4598
4599 /*
4600  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4601  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4602  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4603  */
4604 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4605 {
4606         int zone_index;
4607         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4608                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4609                         continue;
4610
4611                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4612                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4613                         break;
4614         }
4615
4616         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4617         movable_zone = zone_index;
4618 }
4619
4620 /*
4621  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4622  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4623  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4624  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4625  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4626  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4627  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4628  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4629  */
4630 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4631                                         unsigned long zone_type,
4632                                         unsigned long node_start_pfn,
4633                                         unsigned long node_end_pfn,
4634                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4635                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4636 {
4637         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4638         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4639                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4640                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4641                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4642                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4643                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4644
4645                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4646                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4647                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4648                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4649
4650                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4651                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4652                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4653         }
4654 }
4655
4656 /*
4657  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4658  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4659  */
4660 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4661                                         unsigned long zone_type,
4662                                         unsigned long node_start_pfn,
4663                                         unsigned long node_end_pfn,
4664                                         unsigned long *ignored)
4665 {
4666         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4667
4668         /* Get the start and end of the zone */
4669         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4670         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4671         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4672                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4673                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4674
4675         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4676         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4677                 return 0;
4678
4679         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4680         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4681         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4682
4683         /* Return the spanned pages */
4684         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4685 }
4686
4687 /*
4688  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4689  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4690  */
4691 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4692                                 unsigned long range_start_pfn,
4693                                 unsigned long range_end_pfn)
4694 {
4695         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4696         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4697         int i;
4698
4699         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4700                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4701                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4702                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4703         }
4704         return nr_absent;
4705 }
4706
4707 /**
4708  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4709  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4710  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4711  *
4712  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4713  */
4714 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4715                                                         unsigned long end_pfn)
4716 {
4717         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4718 }
4719
4720 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4721 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4722                                         unsigned long zone_type,
4723                                         unsigned long node_start_pfn,
4724                                         unsigned long node_end_pfn,
4725                                         unsigned long *ignored)
4726 {
4727         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4728         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4729         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4730
4731         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4732         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4733
4734         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4735                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4736                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4737         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4738 }
4739
4740 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4741 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4742                                         unsigned long zone_type,
4743                                         unsigned long node_start_pfn,
4744                                         unsigned long node_end_pfn,
4745                                         unsigned long *zones_size)
4746 {
4747         return zones_size[zone_type];
4748 }
4749
4750 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4751                                                 unsigned long zone_type,
4752                                                 unsigned long node_start_pfn,
4753                                                 unsigned long node_end_pfn,
4754                                                 unsigned long *zholes_size)
4755 {
4756         if (!zholes_size)
4757                 return 0;
4758
4759         return zholes_size[zone_type];
4760 }
4761
4762 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4763
4764 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4765                                                 unsigned long node_start_pfn,
4766                                                 unsigned long node_end_pfn,
4767                                                 unsigned long *zones_size,
4768                                                 unsigned long *zholes_size)
4769 {
4770         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4771         enum zone_type i;
4772
4773         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4774                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4775                                                          node_start_pfn,
4776                                                          node_end_pfn,
4777                                                          zones_size);
4778         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4779
4780         realtotalpages = totalpages;
4781         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4782                 realtotalpages -=
4783                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4784                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4785                                                   zholes_size);
4786         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4787         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4788                                                         realtotalpages);
4789 }
4790
4791 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4792 /*
4793  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4794  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4795  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4796  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4797  * bytes.
4798  */
4799 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4800 {
4801         unsigned long usemapsize;
4802
4803         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4804         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4805         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4806         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4807         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4808
4809         return usemapsize / 8;
4810 }
4811
4812 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4813                                 struct zone *zone,
4814                                 unsigned long zone_start_pfn,
4815                                 unsigned long zonesize)
4816 {
4817         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4818         zone->pageblock_flags = NULL;
4819         if (usemapsize)
4820                 zone->pageblock_flags =
4821                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4822                                                          pgdat->node_id);
4823 }
4824 #else
4825 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4826                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4827 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4828
4829 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4830
4831 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4832 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4833 {
4834         unsigned int order;
4835
4836         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4837         if (pageblock_order)
4838                 return;
4839
4840         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4841                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4842         else
4843                 order = MAX_ORDER - 1;
4844
4845         /*
4846          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4847          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4848          * powerpc.
4849          */
4850         pageblock_order = order;
4851 }
4852 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4853
4854 /*
4855  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4856  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4857  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4858  * the kernel config
4859  */
4860 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4861 {
4862 }
4863
4864 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4865
4866 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4867                                                    unsigned long present_pages)
4868 {
4869         unsigned long pages = spanned_pages;
4870
4871         /*
4872          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4873          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4874          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4875          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4876          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4877          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4878          */
4879         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4880             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4881                 pages = present_pages;
4882
4883         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4884 }
4885
4886 /*
4887  * Set up the zone data structures:
4888  *   - mark all pages reserved
4889  *   - mark all memory queues empty
4890  *   - clear the memory bitmaps
4891  *
4892  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4893  */
4894 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4895                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4896                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4897 {
4898         enum zone_type j;
4899         int nid = pgdat->node_id;
4900         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4901         int ret;
4902
4903         pgdat_resize_init(pgdat);
4904 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4905         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4906         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4907         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4908 #endif
4909         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4910         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4911         pgdat_page_ext_init(pgdat);
4912
4913         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4914                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4915                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4916
4917                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4918                                                   node_end_pfn, zones_size);
4919                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4920                                                                 node_start_pfn,
4921                                                                 node_end_pfn,
4922                                                                 zholes_size);
4923
4924                 /*
4925                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4926                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4927                  * and per-cpu initialisations
4928                  */
4929                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4930                 if (!is_highmem_idx(j)) {
4931                         if (freesize >= memmap_pages) {
4932                                 freesize -= memmap_pages;
4933                                 if (memmap_pages)
4934                                         printk(KERN_DEBUG
4935                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4936                                                zone_names[j], memmap_pages);
4937                         } else
4938                                 printk(KERN_WARNING
4939                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4940                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4941                 }
4942
4943                 /* Account for reserved pages */
4944                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4945                         freesize -= dma_reserve;
4946                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4947                                         zone_names[0], dma_reserve);
4948                 }
4949
4950                 if (!is_highmem_idx(j))
4951                         nr_kernel_pages += freesize;
4952                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4953                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4954                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4955                 nr_all_pages += freesize;
4956
4957                 zone->spanned_pages = size;
4958                 zone->present_pages = realsize;
4959                 /*
4960                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4961                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4962                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4963                  */
4964                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4965 #ifdef CONFIG_NUMA
4966                 zone->node = nid;
4967                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4968                                                 / 100;
4969                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4970 #endif
4971                 zone->name = zone_names[j];
4972                 spin_lock_init(&zone->lock);
4973                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4974                 zone_seqlock_init(zone);
4975                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4976                 zone_pcp_init(zone);
4977
4978                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4979                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4980
4981                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4982                 if (!size)
4983                         continue;
4984
4985                 set_pageblock_order();
4986                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4987                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4988                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4989                 BUG_ON(ret);
4990                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4991                 zone_start_pfn += size;
4992         }
4993 }
4994
4995 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4996 {
4997         /* Skip empty nodes */
4998         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4999                 return;
5000
5001 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5002         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5003         if (!pgdat->node_mem_map) {
5004                 unsigned long size, start, end;
5005                 struct page *map;
5006
5007                 /*
5008                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5009                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5010                  * for the buddy allocator to function correctly.
5011                  */
5012                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5013                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5014                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5015                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5016                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5017                 if (!map)
5018                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5019                                                                pgdat->node_id);
5020                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5021         }
5022 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5023         /*
5024          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5025          */
5026         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5027                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5028 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5029                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5030                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5031 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5032         }
5033 #endif
5034 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5035 }
5036
5037 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5038                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5039 {
5040         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5041         unsigned long start_pfn = 0;
5042         unsigned long end_pfn = 0;
5043
5044         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5045         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5046
5047         pgdat->node_id = nid;
5048         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5049 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5050         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5051         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5052                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5053 #endif
5054         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5055                                   zones_size, zholes_size);
5056
5057         alloc_node_mem_map(pgdat);
5058 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5059         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5060                 nid, (unsigned long)pgdat,
5061                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5062 #endif
5063
5064         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5065                             zones_size, zholes_size);
5066 }
5067
5068 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5069
5070 #if MAX_NUMNODES > 1
5071 /*
5072  * Figure out the number of possible node ids.
5073  */
5074 void __init setup_nr_node_ids(void)
5075 {
5076         unsigned int node;
5077         unsigned int highest = 0;
5078
5079         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5080                 highest = node;
5081         nr_node_ids = highest + 1;
5082 }
5083 #endif
5084
5085 /**
5086  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5087  *
5088  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5089  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5090  * all the nodes.
5091  *
5092  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5093  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5094  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5095  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5096  *
5097  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5098  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5099  * populated node map.
5100  *
5101  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5102  * requirement (single node).
5103  */
5104 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5105 {
5106         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5107         unsigned long start, end, mask;
5108         int last_nid = -1;
5109         int i, nid;
5110
5111         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5112                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5113                         last_nid = nid;
5114                         last_end = end;
5115                         continue;
5116                 }
5117
5118                 /*
5119                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5120                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5121                  * too coarse to separate the current node from the last.
5122                  */
5123                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5124                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5125                         mask <<= 1;
5126
5127                 /* accumulate all internode masks */
5128                 accl_mask |= mask;
5129         }
5130
5131         /* convert mask to number of pages */
5132         return ~accl_mask + 1;
5133 }
5134
5135 /* Find the lowest pfn for a node */
5136 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5137 {
5138         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5139         unsigned long start_pfn;
5140         int i;
5141
5142         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5143                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5144
5145         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5146                 printk(KERN_WARNING
5147                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5148                 return 0;
5149         }
5150
5151         return min_pfn;
5152 }
5153
5154 /**
5155  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5156  *
5157  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5158  * memblock_set_node().
5159  */
5160 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5161 {
5162         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5163 }
5164
5165 /*
5166  * early_calculate_totalpages()
5167  * Sum pages in active regions for movable zone.
5168  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5169  */
5170 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5171 {
5172         unsigned long totalpages = 0;
5173         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5174         int i, nid;
5175
5176         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5177                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5178
5179                 totalpages += pages;
5180                 if (pages)
5181                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5182         }
5183         return totalpages;
5184 }
5185
5186 /*
5187  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5188  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5189  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5190  * others
5191  */
5192 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5193 {
5194         int i, nid;
5195         unsigned long usable_startpfn;
5196         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5197         /* save the state before borrow the nodemask */
5198         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5199         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5200         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5201         struct memblock_region *r;
5202
5203         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5204         find_usable_zone_for_movable();
5205
5206         /*
5207          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5208          * options.
5209          */
5210         if (movable_node_is_enabled()) {
5211                 for_each_memblock(memory, r) {
5212                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5213                                 continue;
5214
5215                         nid = r->nid;
5216
5217                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5218                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5219                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5220                                 usable_startpfn;
5221                 }
5222
5223                 goto out2;
5224         }
5225
5226         /*
5227          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5228          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5229          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5230          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5231          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5232          * what movablecore would have allowed.
5233          */
5234         if (required_movablecore) {
5235                 unsigned long corepages;
5236
5237                 /*
5238                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5239                  * was requested by the user
5240                  */
5241                 required_movablecore =
5242                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5243                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5244
5245                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5246         }
5247
5248         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5249         if (!required_kernelcore)
5250                 goto out;
5251
5252         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5253         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5254
5255 restart:
5256         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5257         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5258         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5259                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5260
5261                 /*
5262                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5263                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5264                  * amount of memory for the kernel
5265                  */
5266                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5267                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5268
5269                 /*
5270                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5271                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5272                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5273                  */
5274                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5275
5276                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5277                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5278                         unsigned long size_pages;
5279
5280                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5281                         if (start_pfn >= end_pfn)
5282                                 continue;
5283
5284                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5285                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5286                                 unsigned long kernel_pages;
5287                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5288                                                                 - start_pfn;
5289
5290                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5291                                                         kernelcore_remaining);
5292                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5293                                                         required_kernelcore);
5294
5295                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5296                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5297
5298                                         /*
5299                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5300                                          * that if we have to rebalance
5301                                          * kernelcore across nodes, we will
5302                                          * not double account here
5303                                          */
5304                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5305                                         continue;
5306                                 }
5307                                 start_pfn = usable_startpfn;
5308                         }
5309
5310                         /*
5311                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5312                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5313                          * number of pages used as kernelcore
5314                          */
5315                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5316                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5317                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5318                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5319
5320                         /*
5321                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5322                          * break if the kernelcore for this node has been
5323                          * satisfied
5324                          */
5325                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5326                                                                 size_pages);
5327                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5328                         if (!kernelcore_remaining)
5329                                 break;
5330                 }
5331         }
5332
5333         /*
5334          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5335          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5336          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5337          * satisfied
5338          */
5339         usable_nodes--;
5340         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5341                 goto restart;
5342
5343 out2:
5344         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5345         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5346                 zone_movable_pfn[nid] =
5347                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5348
5349 out:
5350         /* restore the node_state */
5351         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5352 }
5353
5354 /* Any regular or high memory on that node ? */
5355 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5356 {
5357         enum zone_type zone_type;
5358
5359         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5360                 return;
5361
5362         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5363                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5364                 if (populated_zone(zone)) {
5365                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5366                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5367                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5368                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5369                         break;
5370                 }
5371         }
5372 }
5373
5374 /**
5375  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5376  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5377  *
5378  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5379  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5380  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5381  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5382  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5383  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5384  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5385  * at arch_max_dma_pfn.
5386  */
5387 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5388 {
5389         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5390         int i, nid;
5391
5392         /* Record where the zone boundaries are */
5393         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5394                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5395         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5396                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5397         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5398         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5399         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5400                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5401                         continue;
5402                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5403                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5404                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5405                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5406         }
5407         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5408         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5409
5410         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5411         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5412         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5413
5414         /* Print out the zone ranges */
5415         pr_info("Zone ranges:\n");
5416         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5417                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5418                         continue;
5419                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5420                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5421                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5422                         pr_cont("empty\n");
5423                 else
5424                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5425                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5426                                         << PAGE_SHIFT,
5427                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5428                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5429         }
5430
5431         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5432         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5433         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5434                 if (zone_movable_pfn[i])
5435                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5436                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5437         }
5438
5439         /* Print out the early node map */
5440         pr_info("Early memory node ranges\n");
5441         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5442                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5443                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5444                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5445
5446         /* Initialise every node */
5447         mminit_verify_pageflags_layout();
5448         setup_nr_node_ids();
5449         for_each_online_node(nid) {
5450                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5451                 free_area_init_node(nid, NULL,
5452                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5453
5454                 /* Any memory on that node */
5455                 if (pgdat->node_present_pages)
5456                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5457                 check_for_memory(pgdat, nid);
5458         }
5459 }
5460
5461 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5462 {
5463         unsigned long long coremem;
5464         if (!p)
5465                 return -EINVAL;
5466
5467         coremem = memparse(p, &p);
5468         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5469
5470         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5471         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5472
5473         return 0;
5474 }
5475
5476 /*
5477  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5478  * cannot be reclaimed or migrated.
5479  */
5480 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5481 {
5482         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5483 }
5484
5485 /*
5486  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5487  * can be reclaimed or migrated.
5488  */
5489 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5490 {
5491         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5492 }
5493
5494 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5495 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5496
5497 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5498
5499 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5500 {
5501         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5502         page_zone(page)->managed_pages += count;
5503         totalram_pages += count;
5504 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5505         if (PageHighMem(page))
5506                 totalhigh_pages += count;
5507 #endif
5508         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5509 }
5510 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5511
5512 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5513 {
5514         void *pos;
5515         unsigned long pages = 0;
5516
5517         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5518         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5519         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5520                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5521                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5522                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5523         }
5524
5525         if (pages && s)
5526                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5527                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5528
5529         return pages;
5530 }
5531 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5532
5533 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5534 void free_highmem_page(struct page *page)
5535 {
5536         __free_reserved_page(page);
5537         totalram_pages++;
5538         page_zone(page)->managed_pages++;
5539         totalhigh_pages++;
5540 }
5541 #endif
5542
5543
5544 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5545 {
5546         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5547         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5548
5549         physpages = get_num_physpages();
5550         codesize = _etext - _stext;
5551         datasize = _edata - _sdata;
5552         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5553         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5554         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5555         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5556
5557         /*
5558          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5559          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5560          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5561          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5562          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5563          */
5564 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5565         do { \
5566                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5567                         size -= adj; \
5568         } while (0)
5569
5570         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5571                      _sinittext, init_code_size);
5572         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5573         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5574         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5575         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5576
5577 #undef  adj_init_size
5578
5579         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5580                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5581                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5582 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5583                ", %luK highmem"
5584 #endif
5585                "%s%s)\n",
5586                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5587                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5588                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5589                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5590                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5591 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5592                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5593 #endif
5594                str ? ", " : "", str ? str : "");
5595 }
5596
5597 /**
5598  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5599  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5600  *
5601  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5602  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5603  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5604  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5605  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5606  * smaller per-cpu batchsize.
5607  */
5608 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5609 {
5610         dma_reserve = new_dma_reserve;
5611 }
5612
5613 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5614 {
5615         free_area_init_node(0, zones_size,
5616                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5617 }
5618
5619 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5620                                  unsigned long action, void *hcpu)
5621 {
5622         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5623
5624         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5625                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5626                 drain_pages(cpu);
5627
5628                 /*
5629                  * Spill the event counters of the dead processor
5630                  * into the current processors event counters.
5631                  * This artificially elevates the count of the current
5632                  * processor.
5633                  */
5634                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5635
5636                 /*
5637                  * Zero the differential counters of the dead processor
5638                  * so that the vm statistics are consistent.
5639                  *
5640                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5641                  * race with what we are doing.
5642                  */
5643                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5644         }
5645         return NOTIFY_OK;
5646 }
5647
5648 void __init page_alloc_init(void)
5649 {
5650         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5651 }
5652
5653 /*
5654  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5655  *      or min_free_kbytes changes.
5656  */
5657 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5658 {
5659         struct pglist_data *pgdat;
5660         unsigned long reserve_pages = 0;
5661         enum zone_type i, j;
5662
5663         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5664                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5665                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5666                         long max = 0;
5667
5668                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5669                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5670                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5671                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5672                         }
5673
5674                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5675                         max += high_wmark_pages(zone);
5676
5677                         if (max > zone->managed_pages)
5678                                 max = zone->managed_pages;
5679                         reserve_pages += max;
5680                         /*
5681                          * Lowmem reserves are not available to
5682                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5683                          * kswapd tries to balance zones to their high
5684                          * watermark.  As a result, neither should be
5685                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5686                          * situation where reclaim has to clean pages
5687                          * in order to balance the zones.
5688                          */
5689                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5690                 }
5691         }
5692         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5693         totalreserve_pages = reserve_pages;
5694 }
5695
5696 /*
5697  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5698  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5699  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5700  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5701  */
5702 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5703 {
5704         struct pglist_data *pgdat;
5705         enum zone_type j, idx;
5706
5707         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5708                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5709                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5710                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5711
5712                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5713
5714                         idx = j;
5715                         while (idx) {
5716                                 struct zone *lower_zone;
5717
5718                                 idx--;
5719
5720                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5721                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5722
5723                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5724                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5725                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5726                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5727                         }
5728                 }
5729         }
5730
5731         /* update totalreserve_pages */
5732         calculate_totalreserve_pages();
5733 }
5734
5735 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5736 {
5737         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5738         unsigned long lowmem_pages = 0;
5739         struct zone *zone;
5740         unsigned long flags;
5741
5742         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5743         for_each_zone(zone) {
5744                 if (!is_highmem(zone))
5745                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5746         }
5747
5748         for_each_zone(zone) {
5749                 u64 tmp;
5750
5751                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5752                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5753                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5754                 if (is_highmem(zone)) {
5755                         /*
5756                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5757                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5758                          * value here.
5759                          *
5760                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5761                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5762                          * not be capped for highmem.
5763                          */
5764                         unsigned long min_pages;
5765
5766                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5767                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5768                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5769                 } else {
5770                         /*
5771                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5772                          * proportionate to the zone's size.
5773                          */
5774                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5775                 }
5776
5777                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5778                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5779
5780                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5781                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5782                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5783
5784                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5785                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5786         }
5787
5788         /* update totalreserve_pages */
5789         calculate_totalreserve_pages();
5790 }
5791
5792 /**
5793  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5794  * or when memory is hot-{added|removed}
5795  *
5796  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5797  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5798  */
5799 void setup_per_zone_wmarks(void)
5800 {
5801         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5802         __setup_per_zone_wmarks();
5803         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5804 }
5805
5806 /*
5807  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5808  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5809  * to be referenced again before it is swapped out.
5810  *
5811  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5812  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5813  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5814  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5815  *
5816  * total     target    max
5817  * memory    ratio     inactive anon
5818  * -------------------------------------
5819  *   10MB       1         5MB
5820  *  100MB       1        50MB
5821  *    1GB       3       250MB
5822  *   10GB      10       0.9GB
5823  *  100GB      31         3GB
5824  *    1TB     101        10GB
5825  *   10TB     320        32GB
5826  */
5827 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5828 {
5829         unsigned int gb, ratio;
5830
5831         /* Zone size in gigabytes */
5832         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5833         if (gb)
5834                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5835         else
5836                 ratio = 1;
5837
5838         zone->inactive_ratio = ratio;
5839 }
5840
5841 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5842 {
5843         struct zone *zone;
5844
5845         for_each_zone(zone)
5846                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5847 }
5848
5849 /*
5850  * Initialise min_free_kbytes.
5851  *
5852  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5853  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5854  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5855  *
5856  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5857  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5858  *
5859  * which yields
5860  *
5861  * 16MB:        512k
5862  * 32MB:        724k
5863  * 64MB:        1024k
5864  * 128MB:       1448k
5865  * 256MB:       2048k
5866  * 512MB:       2896k
5867  * 1024MB:      4096k
5868  * 2048MB:      5792k
5869  * 4096MB:      8192k
5870  * 8192MB:      11584k
5871  * 16384MB:     16384k
5872  */
5873 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5874 {
5875         unsigned long lowmem_kbytes;
5876         int new_min_free_kbytes;
5877
5878         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5879         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5880
5881         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5882                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5883                 if (min_free_kbytes < 128)
5884                         min_free_kbytes = 128;
5885                 if (min_free_kbytes > 65536)
5886                         min_free_kbytes = 65536;
5887         } else {
5888                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5889                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5890         }
5891         setup_per_zone_wmarks();
5892         refresh_zone_stat_thresholds();
5893         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5894         setup_per_zone_inactive_ratio();
5895         return 0;
5896 }
5897 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5898
5899 /*
5900  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5901  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5902  *      changes.
5903  */
5904 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5905         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5906 {
5907         int rc;
5908
5909         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5910         if (rc)
5911                 return rc;
5912
5913         if (write) {
5914                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5915                 setup_per_zone_wmarks();
5916         }
5917         return 0;
5918 }
5919
5920 #ifdef CONFIG_NUMA
5921 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5922         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5923 {
5924         struct zone *zone;
5925         int rc;
5926
5927         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5928         if (rc)
5929                 return rc;
5930
5931         for_each_zone(zone)
5932                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5933                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5934         return 0;
5935 }
5936
5937 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5938         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5939 {
5940         struct zone *zone;
5941         int rc;
5942
5943         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5944         if (rc)
5945                 return rc;
5946
5947         for_each_zone(zone)
5948                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5949                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5950         return 0;
5951 }
5952 #endif
5953
5954 /*
5955  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5956  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5957  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5958  *
5959  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5960  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5961  * if in function of the boot time zone sizes.
5962  */
5963 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5964         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5965 {
5966         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5967         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5968         return 0;
5969 }
5970
5971 /*
5972  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5973  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5974  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5975  */
5976 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5977         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5978 {
5979         struct zone *zone;
5980         int old_percpu_pagelist_fraction;
5981         int ret;
5982
5983         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5984         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5985
5986         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5987         if (!write || ret < 0)
5988                 goto out;
5989
5990         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5991         if (percpu_pagelist_fraction &&
5992             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5993                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5994                 ret = -EINVAL;
5995                 goto out;
5996         }
5997
5998         /* No change? */
5999         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6000                 goto out;
6001
6002         for_each_populated_zone(zone) {
6003                 unsigned int cpu;
6004
6005                 for_each_possible_cpu(cpu)
6006                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6007                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6008         }
6009 out:
6010         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6011         return ret;
6012 }
6013
6014 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6015
6016 #ifdef CONFIG_NUMA
6017 static int __init set_hashdist(char *str)
6018 {
6019         if (!str)
6020                 return 0;
6021         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6022         return 1;
6023 }
6024 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6025 #endif
6026
6027 /*
6028  * allocate a large system hash table from bootmem
6029  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6030  *   quantity of entries
6031  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6032  */
6033 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6034                                      unsigned long bucketsize,
6035                                      unsigned long numentries,
6036                                      int scale,
6037                                      int flags,
6038                                      unsigned int *_hash_shift,
6039                                      unsigned int *_hash_mask,
6040                                      unsigned long low_limit,
6041                                      unsigned long high_limit)
6042 {
6043         unsigned long long max = high_limit;
6044         unsigned long log2qty, size;
6045         void *table = NULL;
6046
6047         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6048         if (!numentries) {
6049                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6050                 numentries = nr_kernel_pages;
6051
6052                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6053                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6054                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6055
6056                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6057                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6058                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6059                 else
6060                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6061
6062                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6063                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6064                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6065                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6066                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6067                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6068                                 BUG_ON(!numentries);
6069                         }
6070                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6071                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6072         }
6073         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6074
6075         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6076         if (max == 0) {
6077                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6078                 do_div(max, bucketsize);
6079         }
6080         max = min(max, 0x80000000ULL);
6081
6082         if (numentries < low_limit)
6083                 numentries = low_limit;
6084         if (numentries > max)
6085                 numentries = max;
6086
6087         log2qty = ilog2(numentries);
6088
6089         do {
6090                 size = bucketsize << log2qty;
6091                 if (flags & HASH_EARLY)
6092                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6093                 else if (hashdist)
6094                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6095                 else {
6096                         /*
6097                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6098                          * some pages at the end of hash table which
6099                          * alloc_pages_exact() automatically does
6100                          */
6101                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6102                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6103                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6104                         }
6105                 }
6106         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6107
6108         if (!table)
6109                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6110
6111         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6112                tablename,
6113                (1UL << log2qty),
6114                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6115                size);
6116
6117         if (_hash_shift)
6118                 *_hash_shift = log2qty;
6119         if (_hash_mask)
6120                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6121
6122         return table;
6123 }
6124
6125 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6126 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6127                                                         unsigned long pfn)
6128 {
6129 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6130         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6131 #else
6132         return zone->pageblock_flags;
6133 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6134 }
6135
6136 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6137 {
6138 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6139         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6140         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6141 #else
6142         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6143         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6144 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6145 }
6146
6147 /**
6148  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6149  * @page: The page within the block of interest
6150  * @pfn: The target page frame number
6151  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6152  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6153  *
6154  * Return: pageblock_bits flags
6155  */
6156 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6157                                         unsigned long end_bitidx,
6158                                         unsigned long mask)
6159 {
6160         struct zone *zone;
6161         unsigned long *bitmap;
6162         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6163         unsigned long word;
6164
6165         zone = page_zone(page);
6166         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6167         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6168         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6169         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6170
6171         word = bitmap[word_bitidx];
6172         bitidx += end_bitidx;
6173         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6174 }
6175
6176 /**
6177  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6178  * @page: The page within the block of interest
6179  * @flags: The flags to set
6180  * @pfn: The target page frame number
6181  * @end_bitidx: The last bit of interest
6182  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6183  */
6184 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6185                                         unsigned long pfn,
6186                                         unsigned long end_bitidx,
6187                                         unsigned long mask)
6188 {
6189         struct zone *zone;
6190         unsigned long *bitmap;
6191         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6192         unsigned long old_word, word;
6193
6194         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6195
6196         zone = page_zone(page);
6197         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6198         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6199         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6200         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6201
6202         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6203
6204         bitidx += end_bitidx;
6205         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6206         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6207
6208         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6209         for (;;) {
6210                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6211                 if (word == old_word)
6212                         break;
6213                 word = old_word;
6214         }
6215 }
6216
6217 /*
6218  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6219  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6220  *
6221  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6222  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6223  * expect this function should be exact.
6224  */
6225 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6226                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6227 {
6228         unsigned long pfn, iter, found;
6229         int mt;
6230
6231         /*
6232          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6233          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6234          */
6235         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6236                 return false;
6237         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6238         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6239                 return false;
6240
6241         pfn = page_to_pfn(page);
6242         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6243                 unsigned long check = pfn + iter;
6244
6245                 if (!pfn_valid_within(check))
6246                         continue;
6247
6248                 page = pfn_to_page(check);
6249
6250                 /*
6251                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6252                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6253                  * handle each tail page individually in migration.
6254                  */
6255                 if (PageHuge(page)) {
6256                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6257                         continue;
6258                 }
6259
6260                 /*
6261                  * We can't use page_count without pin a page
6262                  * because another CPU can free compound page.
6263                  * This check already skips compound tails of THP
6264                  * because their page->_count is zero at all time.
6265                  */
6266                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6267                         if (PageBuddy(page))
6268                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6269                         continue;
6270                 }
6271
6272                 /*
6273                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6274                  * page_count() is not 0.
6275                  */
6276                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6277                         continue;
6278
6279                 if (!PageLRU(page))
6280                         found++;
6281                 /*
6282                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6283                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6284                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6285                  */
6286                 /*
6287                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6288                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6289                  *
6290                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6291                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6292                  * page at boot.
6293                  */
6294                 if (found > count)
6295                         return true;
6296         }
6297         return false;
6298 }
6299
6300 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6301 {
6302         struct zone *zone;
6303         unsigned long pfn;
6304
6305         /*
6306          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6307          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6308          * the zone but still within the section.
6309          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6310          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6311          */
6312         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6313                 return false;
6314
6315         zone = page_zone(page);
6316         pfn = page_to_pfn(page);
6317         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6318                 return false;
6319
6320         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6321 }
6322
6323 #ifdef CONFIG_CMA
6324
6325 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6326 {
6327         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6328                              pageblock_nr_pages) - 1);
6329 }
6330
6331 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6332 {
6333         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6334                                 pageblock_nr_pages));
6335 }
6336
6337 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6338 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6339                                         unsigned long start, unsigned long end)
6340 {
6341         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6342         unsigned long nr_reclaimed;
6343         unsigned long pfn = start;
6344         unsigned int tries = 0;
6345         int ret = 0;
6346
6347         migrate_prep();
6348
6349         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6350                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6351                         ret = -EINTR;
6352                         break;
6353                 }
6354
6355                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6356                         cc->nr_migratepages = 0;
6357                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6358                         if (!pfn) {
6359                                 ret = -EINTR;
6360                                 break;
6361                         }
6362                         tries = 0;
6363                 } else if (++tries == 5) {
6364                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6365                         break;
6366                 }
6367
6368                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6369                                                         &cc->migratepages);
6370                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6371
6372                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6373                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6374         }
6375         if (ret < 0) {
6376                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6377                 return ret;
6378         }
6379         return 0;
6380 }
6381
6382 /**
6383  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6384  * @start:      start PFN to allocate
6385  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6386  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6387  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6388  *                      in range must have the same migratetype and it must
6389  *                      be either of the two.
6390  *
6391  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6392  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6393  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6394  * pages fall in.
6395  *
6396  * The PFN range must belong to a single zone.
6397  *
6398  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6399  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6400  * need to be freed with free_contig_range().
6401  */
6402 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6403                        unsigned migratetype)
6404 {
6405         unsigned long outer_start, outer_end;
6406         int ret = 0, order;
6407
6408         struct compact_control cc = {
6409                 .nr_migratepages = 0,
6410                 .order = -1,
6411                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6412                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6413                 .ignore_skip_hint = true,
6414         };
6415         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6416
6417         /*
6418          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6419          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6420          * have different sizes, and due to the way page allocator
6421          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6422          * that page allocator won't try to merge buddies from
6423          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6424          * other migration type.
6425          *
6426          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6427          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6428          * we are interested in).  This will put all the pages in
6429          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6430          *
6431          * When this is done, we take the pages in range from page
6432          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6433          * page allocator will never consider using them.
6434          *
6435          * This lets us mark the pageblocks back as
6436          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6437          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6438          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6439          */
6440
6441         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6442                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6443                                        false);
6444         if (ret)
6445                 return ret;
6446
6447         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6448         if (ret)
6449                 goto done;
6450
6451         /*
6452          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6453          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6454          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6455          * What we are going to do is to allocate all pages from
6456          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6457          *
6458          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6459          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6460          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6461          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6462          * once this is done free the pages we are not interested in.
6463          *
6464          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6465          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6466          */
6467
6468         lru_add_drain_all();
6469         drain_all_pages(cc.zone);
6470
6471         order = 0;
6472         outer_start = start;
6473         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6474                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6475                         ret = -EBUSY;
6476                         goto done;
6477                 }
6478                 outer_start &= ~0UL << order;
6479         }
6480
6481         /* Make sure the range is really isolated. */
6482         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6483                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6484                         __func__, outer_start, end);
6485                 ret = -EBUSY;
6486                 goto done;
6487         }
6488
6489         /* Grab isolated pages from freelists. */
6490         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6491         if (!outer_end) {
6492                 ret = -EBUSY;
6493                 goto done;
6494         }
6495
6496         /* Free head and tail (if any) */
6497         if (start != outer_start)
6498                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6499         if (end != outer_end)
6500                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6501
6502 done:
6503         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6504                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6505         return ret;
6506 }
6507
6508 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6509 {
6510         unsigned int count = 0;
6511
6512         for (; nr_pages--; pfn++) {
6513                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6514
6515                 count += page_count(page) != 1;
6516                 __free_page(page);
6517         }
6518         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6519 }
6520 #endif
6521
6522 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6523 /*
6524  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6525  * page high values need to be recalulated.
6526  */
6527 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6528 {
6529         unsigned cpu;
6530         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6531         for_each_possible_cpu(cpu)
6532                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6533                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6534         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6535 }
6536 #endif
6537
6538 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6539 {
6540         unsigned long flags;
6541         int cpu;
6542         struct per_cpu_pageset *pset;
6543
6544         /* avoid races with drain_pages()  */
6545         local_irq_save(flags);
6546         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6547                 for_each_online_cpu(cpu) {
6548                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6549                         drain_zonestat(zone, pset);
6550                 }
6551                 free_percpu(zone->pageset);
6552                 zone->pageset = &boot_pageset;
6553         }
6554         local_irq_restore(flags);
6555 }
6556
6557 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6558 /*
6559  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6560  */
6561 void
6562 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6563 {
6564         struct page *page;
6565         struct zone *zone;
6566         unsigned int order, i;
6567         unsigned long pfn;
6568         unsigned long flags;
6569         /* find the first valid pfn */
6570         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6571                 if (pfn_valid(pfn))
6572                         break;
6573         if (pfn == end_pfn)
6574                 return;
6575         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6576         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6577         pfn = start_pfn;
6578         while (pfn < end_pfn) {
6579                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6580                         pfn++;
6581                         continue;
6582                 }
6583                 page = pfn_to_page(pfn);
6584                 /*
6585                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6586                  * page_count() is not 0.
6587                  */
6588                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6589                         pfn++;
6590                         SetPageReserved(page);
6591                         continue;
6592                 }
6593
6594                 BUG_ON(page_count(page));
6595                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6596                 order = page_order(page);
6597 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6598                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6599                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6600 #endif
6601                 list_del(&page->lru);
6602                 rmv_page_order(page);
6603                 zone->free_area[order].nr_free--;
6604                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6605                         SetPageReserved((page+i));
6606                 pfn += (1 << order);
6607         }
6608         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6609 }
6610 #endif
6611
6612 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6613 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6614 {
6615         struct zone *zone = page_zone(page);
6616         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6617         unsigned long flags;
6618         unsigned int order;
6619
6620         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6621         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6622                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6623
6624                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6625                         break;
6626         }
6627         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6628
6629         return order < MAX_ORDER;
6630 }
6631 #endif