Merge tag 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/dledford/rdma
[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/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /*
526          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
527          * or allow a steady drip of one report per second.
528          */
529         if (nr_shown == 60) {
530                 if (time_before(jiffies, resume)) {
531                         nr_unshown++;
532                         goto out;
533                 }
534                 if (nr_unshown) {
535                         pr_alert(
536                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
537                                 nr_unshown);
538                         nr_unshown = 0;
539                 }
540                 nr_shown = 0;
541         }
542         if (nr_shown++ == 0)
543                 resume = jiffies + 60 * HZ;
544
545         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
546                 current->comm, page_to_pfn(page));
547         __dump_page(page, reason);
548         bad_flags &= page->flags;
549         if (bad_flags)
550                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
551                                                 bad_flags, &bad_flags);
552         dump_page_owner(page);
553
554         print_modules();
555         dump_stack();
556 out:
557         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
558         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
559         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
560 }
561
562 /*
563  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
564  *
565  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
566  *
567  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
568  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
569  *
570  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
571  * page destructors. See compound_page_dtors.
572  *
573  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
574  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
575  */
576
577 void free_compound_page(struct page *page)
578 {
579         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
580 }
581
582 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
583 {
584         int i;
585         int nr_pages = 1 << order;
586
587         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
588         set_compound_order(page, order);
589         __SetPageHead(page);
590         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
591                 struct page *p = page + i;
592                 set_page_count(p, 0);
593                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
594                 set_compound_head(p, page);
595         }
596         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
597 }
598
599 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
600 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
601 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
602                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
603 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
604 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
605
606 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
607 {
608         if (!buf)
609                 return -EINVAL;
610         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
611 }
612 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
613
614 static bool need_debug_guardpage(void)
615 {
616         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
617         if (!debug_pagealloc_enabled())
618                 return false;
619
620         return true;
621 }
622
623 static void init_debug_guardpage(void)
624 {
625         if (!debug_pagealloc_enabled())
626                 return;
627
628         _debug_guardpage_enabled = true;
629 }
630
631 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
632         .need = need_debug_guardpage,
633         .init = init_debug_guardpage,
634 };
635
636 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
637 {
638         unsigned long res;
639
640         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
641                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
642                 return 0;
643         }
644         _debug_guardpage_minorder = res;
645         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
646         return 0;
647 }
648 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
649
650 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
651                                 unsigned int order, int migratetype)
652 {
653         struct page_ext *page_ext;
654
655         if (!debug_guardpage_enabled())
656                 return;
657
658         page_ext = lookup_page_ext(page);
659         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
660
661         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
662         set_page_private(page, order);
663         /* Guard pages are not available for any usage */
664         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
665 }
666
667 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
668                                 unsigned int order, int migratetype)
669 {
670         struct page_ext *page_ext;
671
672         if (!debug_guardpage_enabled())
673                 return;
674
675         page_ext = lookup_page_ext(page);
676         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
677
678         set_page_private(page, 0);
679         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
680                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
681 }
682 #else
683 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
684 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
685                                 unsigned int order, int migratetype) {}
686 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
687                                 unsigned int order, int migratetype) {}
688 #endif
689
690 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
691 {
692         set_page_private(page, order);
693         __SetPageBuddy(page);
694 }
695
696 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
697 {
698         __ClearPageBuddy(page);
699         set_page_private(page, 0);
700 }
701
702 /*
703  * This function checks whether a page is free && is the buddy
704  * we can do coalesce a page and its buddy if
705  * (a) the buddy is not in a hole &&
706  * (b) the buddy is in the buddy system &&
707  * (c) a page and its buddy have the same order &&
708  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
709  *
710  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
711  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
712  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
713  * serialized by zone->lock.
714  *
715  * For recording page's order, we use page_private(page).
716  */
717 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
718                                                         unsigned int order)
719 {
720         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
721                 return 0;
722
723         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
724                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
725                         return 0;
726
727                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
728
729                 return 1;
730         }
731
732         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
733                 /*
734                  * zone check is done late to avoid uselessly
735                  * calculating zone/node ids for pages that could
736                  * never merge.
737                  */
738                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
739                         return 0;
740
741                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
742
743                 return 1;
744         }
745         return 0;
746 }
747
748 /*
749  * Freeing function for a buddy system allocator.
750  *
751  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
752  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
753  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
754  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
755  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
756  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
757  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
758  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
759  * parts of the VM system.
760  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
761  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
762  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
763  * field.
764  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
765  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
766  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
767  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
768  * triggers coalescing into a block of larger size.
769  *
770  * -- nyc
771  */
772
773 static inline void __free_one_page(struct page *page,
774                 unsigned long pfn,
775                 struct zone *zone, unsigned int order,
776                 int migratetype)
777 {
778         unsigned long page_idx;
779         unsigned long combined_idx;
780         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
781         struct page *buddy;
782         unsigned int max_order;
783
784         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
785
786         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
787         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
788
789         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
790         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
791                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
792
793         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
794
795         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
796         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
797
798 continue_merging:
799         while (order < max_order - 1) {
800                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
801                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
802                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
803                         goto done_merging;
804                 /*
805                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
806                  * merge with it and move up one order.
807                  */
808                 if (page_is_guard(buddy)) {
809                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
810                 } else {
811                         list_del(&buddy->lru);
812                         zone->free_area[order].nr_free--;
813                         rmv_page_order(buddy);
814                 }
815                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
816                 page = page + (combined_idx - page_idx);
817                 page_idx = combined_idx;
818                 order++;
819         }
820         if (max_order < MAX_ORDER) {
821                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
822                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
823                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
824                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
825                  *
826                  * We don't want to hit this code for the more frequent
827                  * low-order merging.
828                  */
829                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
830                         int buddy_mt;
831
832                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
833                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
834                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
835
836                         if (migratetype != buddy_mt
837                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
838                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
839                                 goto done_merging;
840                 }
841                 max_order++;
842                 goto continue_merging;
843         }
844
845 done_merging:
846         set_page_order(page, order);
847
848         /*
849          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
850          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
851          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
852          * that is happening, add the free page to the tail of the list
853          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
854          * as a higher order page
855          */
856         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
857                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
858                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
859                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
860                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
861                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
862                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
863                         list_add_tail(&page->lru,
864                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
865                         goto out;
866                 }
867         }
868
869         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
870 out:
871         zone->free_area[order].nr_free++;
872 }
873
874 /*
875  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
876  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
877  * check if necessary.
878  */
879 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
880                                         unsigned long check_flags)
881 {
882         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
883                 return false;
884
885         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
886                         page_ref_count(page) |
887 #ifdef CONFIG_MEMCG
888                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
889 #endif
890                         (page->flags & check_flags)))
891                 return false;
892
893         return true;
894 }
895
896 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
897 {
898         const char *bad_reason;
899         unsigned long bad_flags;
900
901         bad_reason = NULL;
902         bad_flags = 0;
903
904         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
905                 bad_reason = "nonzero mapcount";
906         if (unlikely(page->mapping != NULL))
907                 bad_reason = "non-NULL mapping";
908         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
909                 bad_reason = "nonzero _refcount";
910         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
911                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
912                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
913         }
914 #ifdef CONFIG_MEMCG
915         if (unlikely(page->mem_cgroup))
916                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
917 #endif
918         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
919 }
920
921 static inline int free_pages_check(struct page *page)
922 {
923         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
924                 return 0;
925
926         /* Something has gone sideways, find it */
927         free_pages_check_bad(page);
928         return 1;
929 }
930
931 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
932 {
933         int ret = 1;
934
935         /*
936          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
937          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
938          */
939         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
940
941         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
942                 ret = 0;
943                 goto out;
944         }
945         switch (page - head_page) {
946         case 1:
947                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
948                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
949                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
950                         goto out;
951                 }
952                 break;
953         case 2:
954                 /*
955                  * the second tail page: ->mapping is
956                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
957                  */
958                 break;
959         default:
960                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
961                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
962                         goto out;
963                 }
964                 break;
965         }
966         if (unlikely(!PageTail(page))) {
967                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
968                 goto out;
969         }
970         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
971                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
972                 goto out;
973         }
974         ret = 0;
975 out:
976         page->mapping = NULL;
977         clear_compound_head(page);
978         return ret;
979 }
980
981 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
982                                         unsigned int order, bool check_free)
983 {
984         int bad = 0;
985
986         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
987
988         trace_mm_page_free(page, order);
989         kmemcheck_free_shadow(page, order);
990
991         /*
992          * Check tail pages before head page information is cleared to
993          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
994          */
995         if (unlikely(order)) {
996                 bool compound = PageCompound(page);
997                 int i;
998
999                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1000
1001                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1002                         if (compound)
1003                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1004                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1005                                 bad++;
1006                                 continue;
1007                         }
1008                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1009                 }
1010         }
1011         if (PageAnonHead(page))
1012                 page->mapping = NULL;
1013         if (check_free)
1014                 bad += free_pages_check(page);
1015         if (bad)
1016                 return false;
1017
1018         page_cpupid_reset_last(page);
1019         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1020         reset_page_owner(page, order);
1021
1022         if (!PageHighMem(page)) {
1023                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1024                                            PAGE_SIZE << order);
1025                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1026                                            PAGE_SIZE << order);
1027         }
1028         arch_free_page(page, order);
1029         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1030         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1031         kasan_free_pages(page, order);
1032
1033         return true;
1034 }
1035
1036 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1037 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1038 {
1039         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1040 }
1041
1042 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1043 {
1044         return false;
1045 }
1046 #else
1047 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1048 {
1049         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1050 }
1051
1052 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1053 {
1054         return free_pages_check(page);
1055 }
1056 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1057
1058 /*
1059  * Frees a number of pages from the PCP lists
1060  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1061  * count is the number of pages to free.
1062  *
1063  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1064  * see if this freeing clears that state.
1065  *
1066  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1067  * pinned" detection logic.
1068  */
1069 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1070                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1071 {
1072         int migratetype = 0;
1073         int batch_free = 0;
1074         unsigned long nr_scanned;
1075         bool isolated_pageblocks;
1076
1077         spin_lock(&zone->lock);
1078         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1079         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1080         if (nr_scanned)
1081                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1082
1083         while (count) {
1084                 struct page *page;
1085                 struct list_head *list;
1086
1087                 /*
1088                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1089                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1090                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1091                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1092                  * lists
1093                  */
1094                 do {
1095                         batch_free++;
1096                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1097                                 migratetype = 0;
1098                         list = &pcp->lists[migratetype];
1099                 } while (list_empty(list));
1100
1101                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1102                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1103                         batch_free = count;
1104
1105                 do {
1106                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1107
1108                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1109                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1110                         list_del(&page->lru);
1111
1112                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1113                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1114                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1115                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1116                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1117                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1118
1119                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1120                                 continue;
1121
1122                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1123                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1124                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1125         }
1126         spin_unlock(&zone->lock);
1127 }
1128
1129 static void free_one_page(struct zone *zone,
1130                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1131                                 unsigned int order,
1132                                 int migratetype)
1133 {
1134         unsigned long nr_scanned;
1135         spin_lock(&zone->lock);
1136         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1137         if (nr_scanned)
1138                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1139
1140         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1141                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1142                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1143         }
1144         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1145         spin_unlock(&zone->lock);
1146 }
1147
1148 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1149                                 unsigned long zone, int nid)
1150 {
1151         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1152         init_page_count(page);
1153         page_mapcount_reset(page);
1154         page_cpupid_reset_last(page);
1155
1156         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1157 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1158         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1159         if (!is_highmem_idx(zone))
1160                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1161 #endif
1162 }
1163
1164 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1165                                         int nid)
1166 {
1167         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1168 }
1169
1170 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1171 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1172 {
1173         pg_data_t *pgdat;
1174         int nid, zid;
1175
1176         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1177                 return;
1178
1179         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1180         pgdat = NODE_DATA(nid);
1181
1182         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1183                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1184
1185                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1186                         break;
1187         }
1188         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1189 }
1190 #else
1191 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1192 {
1193 }
1194 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1195
1196 /*
1197  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1198  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1199  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1200  * sent to the buddy page allocator.
1201  */
1202 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1203 {
1204         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1205         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1206
1207         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1208                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1209                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1210
1211                         init_reserved_page(start_pfn);
1212
1213                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1214                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1215
1216                         SetPageReserved(page);
1217                 }
1218         }
1219 }
1220
1221 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1222 {
1223         unsigned long flags;
1224         int migratetype;
1225         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1226
1227         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1228                 return;
1229
1230         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1231         local_irq_save(flags);
1232         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1233         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1234         local_irq_restore(flags);
1235 }
1236
1237 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1238 {
1239         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1240         struct page *p = page;
1241         unsigned int loop;
1242
1243         prefetchw(p);
1244         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1245                 prefetchw(p + 1);
1246                 __ClearPageReserved(p);
1247                 set_page_count(p, 0);
1248         }
1249         __ClearPageReserved(p);
1250         set_page_count(p, 0);
1251
1252         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1253         set_page_refcounted(page);
1254         __free_pages(page, order);
1255 }
1256
1257 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1258         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1259
1260 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1261
1262 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1263 {
1264         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1265         int nid;
1266
1267         spin_lock(&early_pfn_lock);
1268         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1269         if (nid < 0)
1270                 nid = 0;
1271         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1272
1273         return nid;
1274 }
1275 #endif
1276
1277 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1278 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1279                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1280 {
1281         int nid;
1282
1283         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1284         if (nid >= 0 && nid != node)
1285                 return false;
1286         return true;
1287 }
1288
1289 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1290 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1291 {
1292         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1293 }
1294
1295 #else
1296
1297 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1298 {
1299         return true;
1300 }
1301 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1302                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1303 {
1304         return true;
1305 }
1306 #endif
1307
1308
1309 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1310                                                         unsigned int order)
1311 {
1312         if (early_page_uninitialised(pfn))
1313                 return;
1314         return __free_pages_boot_core(page, order);
1315 }
1316
1317 /*
1318  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1319  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1320  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1321  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1322  * pageblocks.
1323  *
1324  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1325  *
1326  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1327  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1328  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1329  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1330  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1331  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1332  * page in a pageblock.
1333  */
1334 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1335                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1336 {
1337         struct page *start_page;
1338         struct page *end_page;
1339
1340         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1341         end_pfn--;
1342
1343         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1344                 return NULL;
1345
1346         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1347
1348         if (page_zone(start_page) != zone)
1349                 return NULL;
1350
1351         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1352
1353         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1354         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1355                 return NULL;
1356
1357         return start_page;
1358 }
1359
1360 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1361 {
1362         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1363         unsigned long block_end_pfn;
1364
1365         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1366         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1367                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1368                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1369
1370                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1371
1372                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1373                                              block_end_pfn, zone))
1374                         return;
1375         }
1376
1377         /* We confirm that there is no hole */
1378         zone->contiguous = true;
1379 }
1380
1381 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1382 {
1383         zone->contiguous = false;
1384 }
1385
1386 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1387 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1388                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1389 {
1390         int i;
1391
1392         if (!page)
1393                 return;
1394
1395         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1396         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1397             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1398                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1399                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1400                 return;
1401         }
1402
1403         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1404                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1405 }
1406
1407 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1408 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1409 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1410
1411 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1412 {
1413         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1414                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1415 }
1416
1417 /* Initialise remaining memory on a node */
1418 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1419 {
1420         pg_data_t *pgdat = data;
1421         int nid = pgdat->node_id;
1422         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1423         unsigned long start = jiffies;
1424         unsigned long nr_pages = 0;
1425         unsigned long walk_start, walk_end;
1426         int i, zid;
1427         struct zone *zone;
1428         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1429         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1430
1431         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1432                 pgdat_init_report_one_done();
1433                 return 0;
1434         }
1435
1436         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1437         if (!cpumask_empty(cpumask))
1438                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1439
1440         /* Sanity check boundaries */
1441         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1442         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1443         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1444
1445         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1446         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1447                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1448                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1449                         break;
1450         }
1451
1452         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1453                 unsigned long pfn, end_pfn;
1454                 struct page *page = NULL;
1455                 struct page *free_base_page = NULL;
1456                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1457                 int nr_to_free = 0;
1458
1459                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1460                 pfn = first_init_pfn;
1461                 if (pfn < walk_start)
1462                         pfn = walk_start;
1463                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1464                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1465
1466                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1467                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1468                                 goto free_range;
1469
1470                         /*
1471                          * Ensure pfn_valid is checked every
1472                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1473                          */
1474                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1475                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1476                                         page = NULL;
1477                                         goto free_range;
1478                                 }
1479                         }
1480
1481                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1482                                 page = NULL;
1483                                 goto free_range;
1484                         }
1485
1486                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1487                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1488                                 page++;
1489                         } else {
1490                                 nr_pages += nr_to_free;
1491                                 deferred_free_range(free_base_page,
1492                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1493                                 free_base_page = NULL;
1494                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1495
1496                                 page = pfn_to_page(pfn);
1497                                 cond_resched();
1498                         }
1499
1500                         if (page->flags) {
1501                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1502                                 goto free_range;
1503                         }
1504
1505                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1506                         if (!free_base_page) {
1507                                 free_base_page = page;
1508                                 free_base_pfn = pfn;
1509                                 nr_to_free = 0;
1510                         }
1511                         nr_to_free++;
1512
1513                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1514                         continue;
1515 free_range:
1516                         /* Free the current block of pages to allocator */
1517                         nr_pages += nr_to_free;
1518                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1519                                                                 nr_to_free);
1520                         free_base_page = NULL;
1521                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1522                 }
1523
1524                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1525         }
1526
1527         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1528         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1529
1530         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1531                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1532
1533         pgdat_init_report_one_done();
1534         return 0;
1535 }
1536 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1537
1538 void __init page_alloc_init_late(void)
1539 {
1540         struct zone *zone;
1541
1542 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1543         int nid;
1544
1545         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1546         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1547         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1548                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1549         }
1550
1551         /* Block until all are initialised */
1552         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1553
1554         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1555         files_maxfiles_init();
1556 #endif
1557
1558         for_each_populated_zone(zone)
1559                 set_zone_contiguous(zone);
1560 }
1561
1562 #ifdef CONFIG_CMA
1563 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1564 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1565 {
1566         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1567         struct page *p = page;
1568
1569         do {
1570                 __ClearPageReserved(p);
1571                 set_page_count(p, 0);
1572         } while (++p, --i);
1573
1574         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1575
1576         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1577                 i = pageblock_nr_pages;
1578                 p = page;
1579                 do {
1580                         set_page_refcounted(p);
1581                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1582                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1583                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1584         } else {
1585                 set_page_refcounted(page);
1586                 __free_pages(page, pageblock_order);
1587         }
1588
1589         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1590 }
1591 #endif
1592
1593 /*
1594  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1595  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1596  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1597  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1598  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1599  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1600  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1601  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1602  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1603  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1604  *
1605  * -- nyc
1606  */
1607 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1608         int low, int high, struct free_area *area,
1609         int migratetype)
1610 {
1611         unsigned long size = 1 << high;
1612
1613         while (high > low) {
1614                 area--;
1615                 high--;
1616                 size >>= 1;
1617                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1618
1619                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1620                         debug_guardpage_enabled() &&
1621                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1622                         /*
1623                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1624                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1625                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1626                          * pages will stay not present in virtual address space
1627                          */
1628                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1629                         continue;
1630                 }
1631                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1632                 area->nr_free++;
1633                 set_page_order(&page[size], high);
1634         }
1635 }
1636
1637 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1638 {
1639         const char *bad_reason = NULL;
1640         unsigned long bad_flags = 0;
1641
1642         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1643                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1644         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1645                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1646         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1647                 bad_reason = "nonzero _count";
1648         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1649                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1650                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1651                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1652                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1653                 return;
1654         }
1655         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1656                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1657                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1658         }
1659 #ifdef CONFIG_MEMCG
1660         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1661                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1662 #endif
1663         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1664 }
1665
1666 /*
1667  * This page is about to be returned from the page allocator
1668  */
1669 static inline int check_new_page(struct page *page)
1670 {
1671         if (likely(page_expected_state(page,
1672                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1673                 return 0;
1674
1675         check_new_page_bad(page);
1676         return 1;
1677 }
1678
1679 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1680 {
1681         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1682                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1683 }
1684
1685 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1686 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1687 {
1688         return false;
1689 }
1690
1691 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1692 {
1693         return check_new_page(page);
1694 }
1695 #else
1696 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1697 {
1698         return check_new_page(page);
1699 }
1700 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1705
1706 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1707 {
1708         int i;
1709         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1710                 struct page *p = page + i;
1711
1712                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1713                         return true;
1714         }
1715
1716         return false;
1717 }
1718
1719 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1720                                                         unsigned int alloc_flags)
1721 {
1722         int i;
1723         bool poisoned = true;
1724
1725         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1726                 struct page *p = page + i;
1727                 if (poisoned)
1728                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1729         }
1730
1731         set_page_private(page, 0);
1732         set_page_refcounted(page);
1733
1734         arch_alloc_page(page, order);
1735         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1736         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1737         kasan_alloc_pages(page, order);
1738
1739         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1740                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1741                         clear_highpage(page + i);
1742
1743         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1744                 prep_compound_page(page, order);
1745
1746         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1747
1748         /*
1749          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1750          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1751          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1752          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1753          */
1754         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1755                 set_page_pfmemalloc(page);
1756         else
1757                 clear_page_pfmemalloc(page);
1758 }
1759
1760 /*
1761  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1762  * the smallest available page from the freelists
1763  */
1764 static inline
1765 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1766                                                 int migratetype)
1767 {
1768         unsigned int current_order;
1769         struct free_area *area;
1770         struct page *page;
1771
1772         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1773         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1774                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1775                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1776                                                         struct page, lru);
1777                 if (!page)
1778                         continue;
1779                 list_del(&page->lru);
1780                 rmv_page_order(page);
1781                 area->nr_free--;
1782                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1783                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1784                 return page;
1785         }
1786
1787         return NULL;
1788 }
1789
1790
1791 /*
1792  * This array describes the order lists are fallen back to when
1793  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1794  */
1795 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1796         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1797         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1798         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1799 #ifdef CONFIG_CMA
1800         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1801 #endif
1802 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1803         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1804 #endif
1805 };
1806
1807 #ifdef CONFIG_CMA
1808 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1809                                         unsigned int order)
1810 {
1811         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1812 }
1813 #else
1814 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1815                                         unsigned int order) { return NULL; }
1816 #endif
1817
1818 /*
1819  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1820  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1821  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1822  */
1823 int move_freepages(struct zone *zone,
1824                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1825                           int migratetype)
1826 {
1827         struct page *page;
1828         unsigned int order;
1829         int pages_moved = 0;
1830
1831 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1832         /*
1833          * page_zone is not safe to call in this context when
1834          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1835          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1836          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1837          * grouping pages by mobility
1838          */
1839         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1840 #endif
1841
1842         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1843                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1844                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1845
1846                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1847                         page++;
1848                         continue;
1849                 }
1850
1851                 if (!PageBuddy(page)) {
1852                         page++;
1853                         continue;
1854                 }
1855
1856                 order = page_order(page);
1857                 list_move(&page->lru,
1858                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1859                 page += 1 << order;
1860                 pages_moved += 1 << order;
1861         }
1862
1863         return pages_moved;
1864 }
1865
1866 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1867                                 int migratetype)
1868 {
1869         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1870         struct page *start_page, *end_page;
1871
1872         start_pfn = page_to_pfn(page);
1873         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1874         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1875         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1876         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1877
1878         /* Do not cross zone boundaries */
1879         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1880                 start_page = page;
1881         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1882                 return 0;
1883
1884         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1885 }
1886
1887 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1888                                         int start_order, int migratetype)
1889 {
1890         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1891
1892         while (nr_pageblocks--) {
1893                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1894                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1895         }
1896 }
1897
1898 /*
1899  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1900  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1901  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1902  *
1903  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1904  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1905  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1906  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1907  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1908  * pageblocks.
1909  */
1910 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1911 {
1912         /*
1913          * Leaving this order check is intended, although there is
1914          * relaxed order check in next check. The reason is that
1915          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1916          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1917          * so could be changed anytime.
1918          */
1919         if (order >= pageblock_order)
1920                 return true;
1921
1922         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1923                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1924                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1925                 page_group_by_mobility_disabled)
1926                 return true;
1927
1928         return false;
1929 }
1930
1931 /*
1932  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1933  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1934  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1935  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1936  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1937  */
1938 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1939                                                           int start_type)
1940 {
1941         unsigned int current_order = page_order(page);
1942         int pages;
1943
1944         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1945         if (current_order >= pageblock_order) {
1946                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1947                 return;
1948         }
1949
1950         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1951
1952         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1953         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1954                         page_group_by_mobility_disabled)
1955                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1956 }
1957
1958 /*
1959  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1960  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1961  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1962  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1963  */
1964 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1965                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1966 {
1967         int i;
1968         int fallback_mt;
1969
1970         if (area->nr_free == 0)
1971                 return -1;
1972
1973         *can_steal = false;
1974         for (i = 0;; i++) {
1975                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1976                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1977                         break;
1978
1979                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1980                         continue;
1981
1982                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1983                         *can_steal = true;
1984
1985                 if (!only_stealable)
1986                         return fallback_mt;
1987
1988                 if (*can_steal)
1989                         return fallback_mt;
1990         }
1991
1992         return -1;
1993 }
1994
1995 /*
1996  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1997  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1998  */
1999 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2000                                 unsigned int alloc_order)
2001 {
2002         int mt;
2003         unsigned long max_managed, flags;
2004
2005         /*
2006          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2007          * Check is race-prone but harmless.
2008          */
2009         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2010         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2011                 return;
2012
2013         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2014
2015         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2016         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2017                 goto out_unlock;
2018
2019         /* Yoink! */
2020         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2021         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2022                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2023                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2024                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2025                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2026         }
2027
2028 out_unlock:
2029         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2030 }
2031
2032 /*
2033  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2034  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2035  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2036  * to recover from than an OOM.
2037  */
2038 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2039 {
2040         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2041         unsigned long flags;
2042         struct zoneref *z;
2043         struct zone *zone;
2044         struct page *page;
2045         int order;
2046
2047         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2048                                                                 ac->nodemask) {
2049                 /* Preserve at least one pageblock */
2050                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2051                         continue;
2052
2053                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2054                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2055                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2056
2057                         page = list_first_entry_or_null(
2058                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2059                                         struct page, lru);
2060                         if (!page)
2061                                 continue;
2062
2063                         /*
2064                          * It should never happen but changes to locking could
2065                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2066                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2067                          * and watch for underflows.
2068                          */
2069                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2070                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2071
2072                         /*
2073                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2074                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2075                          * is doing the work and needs the pages. More
2076                          * importantly, if the block was always converted to
2077                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2078                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2079                          * may increase.
2080                          */
2081                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2082                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2083                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2084                         return;
2085                 }
2086                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2087         }
2088 }
2089
2090 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2091 static inline struct page *
2092 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2093 {
2094         struct free_area *area;
2095         unsigned int current_order;
2096         struct page *page;
2097         int fallback_mt;
2098         bool can_steal;
2099
2100         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2101         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2102                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2103                                 --current_order) {
2104                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2105                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2106                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2107                 if (fallback_mt == -1)
2108                         continue;
2109
2110                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2111                                                 struct page, lru);
2112                 if (can_steal)
2113                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2114
2115                 /* Remove the page from the freelists */
2116                 area->nr_free--;
2117                 list_del(&page->lru);
2118                 rmv_page_order(page);
2119
2120                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2121                                         start_migratetype);
2122                 /*
2123                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2124                  * migratetype depending on the decisions in
2125                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2126                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2127                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2128                  */
2129                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2130
2131                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2132                         start_migratetype, fallback_mt);
2133
2134                 return page;
2135         }
2136
2137         return NULL;
2138 }
2139
2140 /*
2141  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2142  * Call me with the zone->lock already held.
2143  */
2144 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2145                                 int migratetype)
2146 {
2147         struct page *page;
2148
2149         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2150         if (unlikely(!page)) {
2151                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2152                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2153
2154                 if (!page)
2155                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2156         }
2157
2158         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2159         return page;
2160 }
2161
2162 /*
2163  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2164  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2165  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2166  */
2167 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2168                         unsigned long count, struct list_head *list,
2169                         int migratetype, bool cold)
2170 {
2171         int i;
2172
2173         spin_lock(&zone->lock);
2174         for (i = 0; i < count; ++i) {
2175                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2176                 if (unlikely(page == NULL))
2177                         break;
2178
2179                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2180                         continue;
2181
2182                 /*
2183                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2184                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2185                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2186                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2187                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2188                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2189                  * properly.
2190                  */
2191                 if (likely(!cold))
2192                         list_add(&page->lru, list);
2193                 else
2194                         list_add_tail(&page->lru, list);
2195                 list = &page->lru;
2196                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2197                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2198                                               -(1 << order));
2199         }
2200         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2201         spin_unlock(&zone->lock);
2202         return i;
2203 }
2204
2205 #ifdef CONFIG_NUMA
2206 /*
2207  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2208  * currently executing processor on remote nodes after they have
2209  * expired.
2210  *
2211  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2212  * a single processor.
2213  */
2214 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2215 {
2216         unsigned long flags;
2217         int to_drain, batch;
2218
2219         local_irq_save(flags);
2220         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2221         to_drain = min(pcp->count, batch);
2222         if (to_drain > 0) {
2223                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2224                 pcp->count -= to_drain;
2225         }
2226         local_irq_restore(flags);
2227 }
2228 #endif
2229
2230 /*
2231  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2232  *
2233  * The processor must either be the current processor and the
2234  * thread pinned to the current processor or a processor that
2235  * is not online.
2236  */
2237 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2238 {
2239         unsigned long flags;
2240         struct per_cpu_pageset *pset;
2241         struct per_cpu_pages *pcp;
2242
2243         local_irq_save(flags);
2244         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2245
2246         pcp = &pset->pcp;
2247         if (pcp->count) {
2248                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2249                 pcp->count = 0;
2250         }
2251         local_irq_restore(flags);
2252 }
2253
2254 /*
2255  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2256  *
2257  * The processor must either be the current processor and the
2258  * thread pinned to the current processor or a processor that
2259  * is not online.
2260  */
2261 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2262 {
2263         struct zone *zone;
2264
2265         for_each_populated_zone(zone) {
2266                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2267         }
2268 }
2269
2270 /*
2271  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2272  *
2273  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2274  * the single zone's pages.
2275  */
2276 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2277 {
2278         int cpu = smp_processor_id();
2279
2280         if (zone)
2281                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2282         else
2283                 drain_pages(cpu);
2284 }
2285
2286 /*
2287  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2288  *
2289  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2290  *
2291  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2292  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2293  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2294  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2295  * before the call to on_each_cpu_mask().
2296  */
2297 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2298 {
2299         int cpu;
2300
2301         /*
2302          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2303          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2304          */
2305         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2306
2307         /*
2308          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2309          * as offline notification will cause the notified
2310          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2311          * disables preemption as part of its processing
2312          */
2313         for_each_online_cpu(cpu) {
2314                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2315                 struct zone *z;
2316                 bool has_pcps = false;
2317
2318                 if (zone) {
2319                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2320                         if (pcp->pcp.count)
2321                                 has_pcps = true;
2322                 } else {
2323                         for_each_populated_zone(z) {
2324                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2325                                 if (pcp->pcp.count) {
2326                                         has_pcps = true;
2327                                         break;
2328                                 }
2329                         }
2330                 }
2331
2332                 if (has_pcps)
2333                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2334                 else
2335                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2336         }
2337         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2338                                                                 zone, 1);
2339 }
2340
2341 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2342
2343 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2344 {
2345         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2346         unsigned long flags;
2347         unsigned int order, t;
2348         struct page *page;
2349
2350         if (zone_is_empty(zone))
2351                 return;
2352
2353         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2354
2355         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2356         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2357                 if (pfn_valid(pfn)) {
2358                         page = pfn_to_page(pfn);
2359
2360                         if (page_zone(page) != zone)
2361                                 continue;
2362
2363                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2364                                 swsusp_unset_page_free(page);
2365                 }
2366
2367         for_each_migratetype_order(order, t) {
2368                 list_for_each_entry(page,
2369                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2370                         unsigned long i;
2371
2372                         pfn = page_to_pfn(page);
2373                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2374                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2375                 }
2376         }
2377         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2378 }
2379 #endif /* CONFIG_PM */
2380
2381 /*
2382  * Free a 0-order page
2383  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2384  */
2385 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2386 {
2387         struct zone *zone = page_zone(page);
2388         struct per_cpu_pages *pcp;
2389         unsigned long flags;
2390         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2391         int migratetype;
2392
2393         if (!free_pcp_prepare(page))
2394                 return;
2395
2396         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2397         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2398         local_irq_save(flags);
2399         __count_vm_event(PGFREE);
2400
2401         /*
2402          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2403          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2404          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2405          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2406          * excessively into the page allocator
2407          */
2408         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2409                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2410                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2411                         goto out;
2412                 }
2413                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2414         }
2415
2416         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2417         if (!cold)
2418                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2419         else
2420                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2421         pcp->count++;
2422         if (pcp->count >= pcp->high) {
2423                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2424                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2425                 pcp->count -= batch;
2426         }
2427
2428 out:
2429         local_irq_restore(flags);
2430 }
2431
2432 /*
2433  * Free a list of 0-order pages
2434  */
2435 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2436 {
2437         struct page *page, *next;
2438
2439         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2440                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2441                 free_hot_cold_page(page, cold);
2442         }
2443 }
2444
2445 /*
2446  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2447  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2448  * Each sub-page must be freed individually.
2449  *
2450  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2451  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2452  */
2453 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2454 {
2455         int i;
2456         gfp_t gfp_mask;
2457
2458         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2459         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2460
2461 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2462         /*
2463          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2464          * otherwise free the whole shadow.
2465          */
2466         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2467                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2468 #endif
2469
2470         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2471         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2472         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2473                 set_page_refcounted(page + i);
2474                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2475         }
2476 }
2477 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2478
2479 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2480 {
2481         unsigned long watermark;
2482         struct zone *zone;
2483         int mt;
2484
2485         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2486
2487         zone = page_zone(page);
2488         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2489
2490         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2491                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2492                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2493                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2494                         return 0;
2495
2496                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2497         }
2498
2499         /* Remove page from free list */
2500         list_del(&page->lru);
2501         zone->free_area[order].nr_free--;
2502         rmv_page_order(page);
2503
2504         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2505
2506         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2507         if (order >= pageblock_order - 1) {
2508                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2509                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2510                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2511                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2512                                 set_pageblock_migratetype(page,
2513                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2514                 }
2515         }
2516
2517
2518         return 1UL << order;
2519 }
2520
2521 /*
2522  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2523  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2524  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2525  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2526  * are enabled.
2527  *
2528  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2529  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2530  */
2531 int split_free_page(struct page *page)
2532 {
2533         unsigned int order;
2534         int nr_pages;
2535
2536         order = page_order(page);
2537
2538         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2539         if (!nr_pages)
2540                 return 0;
2541
2542         /* Split into individual pages */
2543         set_page_refcounted(page);
2544         split_page(page, order);
2545         return nr_pages;
2546 }
2547
2548 /*
2549  * Update NUMA hit/miss statistics
2550  *
2551  * Must be called with interrupts disabled.
2552  *
2553  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2554  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2555  * memory on behalf of other processes.
2556  */
2557 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2558                                                                 gfp_t flags)
2559 {
2560 #ifdef CONFIG_NUMA
2561         int local_nid = numa_node_id();
2562         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2563
2564         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2565                 local_stat = NUMA_OTHER;
2566                 local_nid = preferred_zone->node;
2567         }
2568
2569         if (z->node == local_nid) {
2570                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2571                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2572         } else {
2573                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2574                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2575         }
2576 #endif
2577 }
2578
2579 /*
2580  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2581  */
2582 static inline
2583 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2584                         struct zone *zone, unsigned int order,
2585                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2586                         int migratetype)
2587 {
2588         unsigned long flags;
2589         struct page *page;
2590         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2591
2592         if (likely(order == 0)) {
2593                 struct per_cpu_pages *pcp;
2594                 struct list_head *list;
2595
2596                 local_irq_save(flags);
2597                 do {
2598                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2599                         list = &pcp->lists[migratetype];
2600                         if (list_empty(list)) {
2601                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2602                                                 pcp->batch, list,
2603                                                 migratetype, cold);
2604                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2605                                         goto failed;
2606                         }
2607
2608                         if (cold)
2609                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2610                         else
2611                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2612                 } while (page && check_new_pcp(page));
2613
2614                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2615                 list_del(&page->lru);
2616                 pcp->count--;
2617         } else {
2618                 /*
2619                  * We most definitely don't want callers attempting to
2620                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2621                  */
2622                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2623                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2624
2625                 do {
2626                         page = NULL;
2627                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2628                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2629                                 if (page)
2630                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2631                         }
2632                         if (!page)
2633                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2634                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2635                 spin_unlock(&zone->lock);
2636                 if (!page)
2637                         goto failed;
2638                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2639                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2640                                           get_pcppage_migratetype(page));
2641         }
2642
2643         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2644             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2645                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2646
2647         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2648         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2649         local_irq_restore(flags);
2650
2651         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2652         return page;
2653
2654 failed:
2655         local_irq_restore(flags);
2656         return NULL;
2657 }
2658
2659 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2660
2661 static struct {
2662         struct fault_attr attr;
2663
2664         bool ignore_gfp_highmem;
2665         bool ignore_gfp_reclaim;
2666         u32 min_order;
2667 } fail_page_alloc = {
2668         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2669         .ignore_gfp_reclaim = true,
2670         .ignore_gfp_highmem = true,
2671         .min_order = 1,
2672 };
2673
2674 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2675 {
2676         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2677 }
2678 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2679
2680 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2681 {
2682         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2683                 return false;
2684         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2685                 return false;
2686         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2687                 return false;
2688         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2689                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2690                 return false;
2691
2692         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2693 }
2694
2695 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2696
2697 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2698 {
2699         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2700         struct dentry *dir;
2701
2702         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2703                                         &fail_page_alloc.attr);
2704         if (IS_ERR(dir))
2705                 return PTR_ERR(dir);
2706
2707         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2708                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2709                 goto fail;
2710         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2711                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2712                 goto fail;
2713         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2714                                 &fail_page_alloc.min_order))
2715                 goto fail;
2716
2717         return 0;
2718 fail:
2719         debugfs_remove_recursive(dir);
2720
2721         return -ENOMEM;
2722 }
2723
2724 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2725
2726 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2727
2728 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2729
2730 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2731 {
2732         return false;
2733 }
2734
2735 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2736
2737 /*
2738  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2739  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2740  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2741  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2742  */
2743 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2744                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2745                          long free_pages)
2746 {
2747         long min = mark;
2748         int o;
2749         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2750
2751         /* free_pages may go negative - that's OK */
2752         free_pages -= (1 << order) - 1;
2753
2754         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2755                 min -= min / 2;
2756
2757         /*
2758          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2759          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2760          * atomic reserve but it avoids a search.
2761          */
2762         if (likely(!alloc_harder))
2763                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2764         else
2765                 min -= min / 4;
2766
2767 #ifdef CONFIG_CMA
2768         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2769         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2770                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2771 #endif
2772
2773         /*
2774          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2775          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2776          * even if a suitable page happened to be free.
2777          */
2778         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2779                 return false;
2780
2781         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2782         if (!order)
2783                 return true;
2784
2785         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2786         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2787                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2788                 int mt;
2789
2790                 if (!area->nr_free)
2791                         continue;
2792
2793                 if (alloc_harder)
2794                         return true;
2795
2796                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2797                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2798                                 return true;
2799                 }
2800
2801 #ifdef CONFIG_CMA
2802                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2803                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2804                         return true;
2805                 }
2806 #endif
2807         }
2808         return false;
2809 }
2810
2811 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2812                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2813 {
2814         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2815                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2816 }
2817
2818 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2819                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2820 {
2821         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2822         long cma_pages = 0;
2823
2824 #ifdef CONFIG_CMA
2825         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2826         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2827                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2828 #endif
2829
2830         /*
2831          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2832          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2833          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2834          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2835          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2836          */
2837         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2838                 return true;
2839
2840         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2841                                         free_pages);
2842 }
2843
2844 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2845                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2846 {
2847         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2848
2849         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2850                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2851
2852         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2853                                                                 free_pages);
2854 }
2855
2856 #ifdef CONFIG_NUMA
2857 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2858 {
2859         return local_zone->node == zone->node;
2860 }
2861
2862 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2863 {
2864         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2865                                 RECLAIM_DISTANCE;
2866 }
2867 #else   /* CONFIG_NUMA */
2868 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2869 {
2870         return true;
2871 }
2872
2873 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2874 {
2875         return true;
2876 }
2877 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2878
2879 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2880 {
2881         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2882
2883         do {
2884                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2885                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2886                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2887                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2888         } while (zone++ != preferred_zone);
2889 }
2890
2891 /*
2892  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2893  * a page.
2894  */
2895 static struct page *
2896 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2897                                                 const struct alloc_context *ac)
2898 {
2899         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2900         struct zone *zone;
2901         bool fair_skipped = false;
2902         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2903
2904 zonelist_scan:
2905         /*
2906          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2907          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2908          */
2909         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2910                                                                 ac->nodemask) {
2911                 struct page *page;
2912                 unsigned long mark;
2913
2914                 if (cpusets_enabled() &&
2915                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2916                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2917                                 continue;
2918                 /*
2919                  * Distribute pages in proportion to the individual
2920                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2921                  * page was allocated in should have no effect on the
2922                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2923                  */
2924                 if (apply_fair) {
2925                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2926                                 fair_skipped = true;
2927                                 continue;
2928                         }
2929                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2930                                 if (fair_skipped)
2931                                         goto reset_fair;
2932                                 apply_fair = false;
2933                         }
2934                 }
2935                 /*
2936                  * When allocating a page cache page for writing, we
2937                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2938                  * limit, such that no single zone holds more than its
2939                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2940                  * The dirty limits take into account the zone's
2941                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2942                  * should be able to balance it without having to
2943                  * write pages from its LRU list.
2944                  *
2945                  * This may look like it could increase pressure on
2946                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2947                  * before they are full.  But the pages that do spill
2948                  * over are limited as the lower zones are protected
2949                  * by this very same mechanism.  It should not become
2950                  * a practical burden to them.
2951                  *
2952                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2953                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2954                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2955                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2956                  * zones are together not big enough to reach the
2957                  * global limit.  The proper fix for these situations
2958                  * will require awareness of zones in the
2959                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2960                  */
2961                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2962                         continue;
2963
2964                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2965                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2966                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2967                         int ret;
2968
2969                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2970                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2971                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2972                                 goto try_this_zone;
2973
2974                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2975                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2976                                 continue;
2977
2978                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2979                         switch (ret) {
2980                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2981                                 /* did not scan */
2982                                 continue;
2983                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2984                                 /* scanned but unreclaimable */
2985                                 continue;
2986                         default:
2987                                 /* did we reclaim enough */
2988                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2989                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2990                                         goto try_this_zone;
2991
2992                                 continue;
2993                         }
2994                 }
2995
2996 try_this_zone:
2997                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2998                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2999                 if (page) {
3000                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3001
3002                         /*
3003                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3004                          * if the pageblock should be reserved for the future
3005                          */
3006                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3007                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3008
3009                         return page;
3010                 }
3011         }
3012
3013         /*
3014          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3015          * local node.  However, the local node might have free pages left
3016          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3017          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3018          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3019          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3020          */
3021         if (fair_skipped) {
3022 reset_fair:
3023                 apply_fair = false;
3024                 fair_skipped = false;
3025                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3026                 goto zonelist_scan;
3027         }
3028
3029         return NULL;
3030 }
3031
3032 /*
3033  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3034  * meminfo in irq context.
3035  */
3036 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3037 {
3038         bool ret = false;
3039
3040 #if NODES_SHIFT > 8
3041         ret = in_interrupt();
3042 #endif
3043         return ret;
3044 }
3045
3046 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3047                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3048                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3049
3050 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3051 {
3052         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3053
3054         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3055             debug_guardpage_minorder() > 0)
3056                 return;
3057
3058         /*
3059          * This documents exceptions given to allocations in certain
3060          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3061          * of allowed nodes.
3062          */
3063         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3064                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3065                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3066                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3067         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3068                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3069
3070         if (fmt) {
3071                 struct va_format vaf;
3072                 va_list args;
3073
3074                 va_start(args, fmt);
3075
3076                 vaf.fmt = fmt;
3077                 vaf.va = &args;
3078
3079                 pr_warn("%pV", &vaf);
3080
3081                 va_end(args);
3082         }
3083
3084         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3085                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3086         dump_stack();
3087         if (!should_suppress_show_mem())
3088                 show_mem(filter);
3089 }
3090
3091 static inline struct page *
3092 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3093         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3094 {
3095         struct oom_control oc = {
3096                 .zonelist = ac->zonelist,
3097                 .nodemask = ac->nodemask,
3098                 .gfp_mask = gfp_mask,
3099                 .order = order,
3100         };
3101         struct page *page;
3102
3103         *did_some_progress = 0;
3104
3105         /*
3106          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3107          * making progress for us.
3108          */
3109         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3110                 *did_some_progress = 1;
3111                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3112                 return NULL;
3113         }
3114
3115         /*
3116          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3117          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3118          * we're still under heavy pressure.
3119          */
3120         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3121                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3122         if (page)
3123                 goto out;
3124
3125         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3126                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3127                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3128                         goto out;
3129                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3130                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3131                         goto out;
3132                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3133                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3134                         goto out;
3135                 if (pm_suspended_storage())
3136                         goto out;
3137                 /*
3138                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3139                  * other request to make a forward progress.
3140                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3141                  * do much for this context but let's try it to at least get
3142                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3143                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3144                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3145                  */
3146
3147                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3148                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3149                         goto out;
3150         }
3151         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3152         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3153                 *did_some_progress = 1;
3154
3155                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3156                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3157                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3158                         /*
3159                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3160                          * are depleted
3161                          */
3162                         if (!page)
3163                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3164                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3165                 }
3166         }
3167 out:
3168         mutex_unlock(&oom_lock);
3169         return page;
3170 }
3171
3172
3173 /*
3174  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3175  * killer is consider as the only way to move forward.
3176  */
3177 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3178
3179 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3180 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3181 static struct page *
3182 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3183                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3184                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3185 {
3186         struct page *page;
3187         int contended_compaction;
3188
3189         if (!order)
3190                 return NULL;
3191
3192         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3193         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3194                                                 mode, &contended_compaction);
3195         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3196
3197         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3198                 return NULL;
3199
3200         /*
3201          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3202          * count a compaction stall
3203          */
3204         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3205
3206         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3207                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3208
3209         if (page) {
3210                 struct zone *zone = page_zone(page);
3211
3212                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3213                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3214                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3215                 return page;
3216         }
3217
3218         /*
3219          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3220          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3221          */
3222         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3223
3224         /*
3225          * In all zones where compaction was attempted (and not
3226          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3227          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3228          * so we fallback to base pages instead.
3229          */
3230         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3231                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3232
3233         /*
3234          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3235          * want to further increase allocation latency, unless it is
3236          * khugepaged trying to collapse.
3237          */
3238         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3239                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3240                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3241
3242         cond_resched();
3243
3244         return NULL;
3245 }
3246
3247 static inline bool
3248 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3249                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3250                      int compaction_retries)
3251 {
3252         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3253
3254         if (!order)
3255                 return false;
3256
3257         /*
3258          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3259          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3260          * failure could be caused by weak migration mode.
3261          */
3262         if (compaction_failed(compact_result)) {
3263                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3264                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3265                         return true;
3266                 }
3267                 return false;
3268         }
3269
3270         /*
3271          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3272          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3273          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3274          * compaction.
3275          */
3276         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3277                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3278
3279         /*
3280          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3281          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3282          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3283          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3284          * would need much more detailed feedback from compaction to
3285          * make a better decision.
3286          */
3287         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3288                 max_retries /= 4;
3289         if (compaction_retries <= max_retries)
3290                 return true;
3291
3292         return false;
3293 }
3294 #else
3295 static inline struct page *
3296 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3297                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3298                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3299 {
3300         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3301         return NULL;
3302 }
3303
3304 static inline bool
3305 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3306                      enum compact_result compact_result,
3307                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3308                      int compaction_retries)
3309 {
3310         struct zone *zone;
3311         struct zoneref *z;
3312
3313         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3314                 return false;
3315
3316         /*
3317          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3318          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3319          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3320          * watermarks are OK.
3321          */
3322         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3323                                         ac->nodemask) {
3324                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3325                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3326                         return true;
3327         }
3328         return false;
3329 }
3330 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3331
3332 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3333 static int
3334 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3335                                         const struct alloc_context *ac)
3336 {
3337         struct reclaim_state reclaim_state;
3338         int progress;
3339
3340         cond_resched();
3341
3342         /* We now go into synchronous reclaim */
3343         cpuset_memory_pressure_bump();
3344         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3345         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3346         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3347         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3348
3349         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3350                                                                 ac->nodemask);
3351
3352         current->reclaim_state = NULL;
3353         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3354         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3355
3356         cond_resched();
3357
3358         return progress;
3359 }
3360
3361 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3362 static inline struct page *
3363 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3364                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3365                 unsigned long *did_some_progress)
3366 {
3367         struct page *page = NULL;
3368         bool drained = false;
3369
3370         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3371         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3372                 return NULL;
3373
3374 retry:
3375         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3376                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3377
3378         /*
3379          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3380          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3381          * Shrink them them and try again
3382          */
3383         if (!page && !drained) {
3384                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3385                 drain_all_pages(NULL);
3386                 drained = true;
3387                 goto retry;
3388         }
3389
3390         return page;
3391 }
3392
3393 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3394 {
3395         struct zoneref *z;
3396         struct zone *zone;
3397
3398         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3399                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3400                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3401 }
3402
3403 static inline unsigned int
3404 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3405 {
3406         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3407
3408         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3409         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3410
3411         /*
3412          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3413          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3414          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3415          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3416          */
3417         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3418
3419         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3420                 /*
3421                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3422                  * if it can't schedule.
3423                  */
3424                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3425                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3426                 /*
3427                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3428                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3429                  */
3430                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3431         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3432                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3433
3434         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3435                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3436                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3437                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3438                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3439                 else if (!in_interrupt() &&
3440                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3441                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3442                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3443         }
3444 #ifdef CONFIG_CMA
3445         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3446                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3447 #endif
3448         return alloc_flags;
3449 }
3450
3451 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3452 {
3453         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3454 }
3455
3456 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3457 {
3458         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3459 }
3460
3461 /*
3462  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3463  * is consider as the only way to move forward.
3464  */
3465 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3466
3467 /*
3468  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3469  * for the given allocation request.
3470  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3471  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3472  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3473  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3474  * no_progress_loops).
3475  *
3476  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3477  */
3478 static inline bool
3479 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3480                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3481                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3482 {
3483         struct zone *zone;
3484         struct zoneref *z;
3485
3486         /*
3487          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3488          * several times in the row.
3489          */
3490         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3491                 return false;
3492
3493         /*
3494          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3495          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3496          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3497          * to go OOM.
3498          */
3499         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3500                                         ac->nodemask) {
3501                 unsigned long available;
3502                 unsigned long reclaimable;
3503
3504                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3505                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3506                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3507                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3508
3509                 /*
3510                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3511                  * available?
3512                  */
3513                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3514                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3515                         /*
3516                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3517                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3518                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3519                          * prevent from pre mature OOM
3520                          */
3521                         if (!did_some_progress) {
3522                                 unsigned long writeback;
3523                                 unsigned long dirty;
3524
3525                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3526                                                                      NR_WRITEBACK);
3527                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3528
3529                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3530                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3531                                         return true;
3532                                 }
3533                         }
3534
3535                         /*
3536                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3537                          * context and the current implementation of the WQ
3538                          * concurrency control doesn't recognize that
3539                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3540                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3541                          * do a short sleep here rather than calling
3542                          * cond_resched().
3543                          */
3544                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3545                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3546                         else
3547                                 cond_resched();
3548
3549                         return true;
3550                 }
3551         }
3552
3553         return false;
3554 }
3555
3556 static inline struct page *
3557 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3558                                                 struct alloc_context *ac)
3559 {
3560         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3561         struct page *page = NULL;
3562         unsigned int alloc_flags;
3563         unsigned long did_some_progress;
3564         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3565         enum compact_result compact_result;
3566         int compaction_retries = 0;
3567         int no_progress_loops = 0;
3568
3569         /*
3570          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3571          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3572          * be using allocators in order of preference for an area that is
3573          * too large.
3574          */
3575         if (order >= MAX_ORDER) {
3576                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3577                 return NULL;
3578         }
3579
3580         /*
3581          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3582          * callers that are not in atomic context.
3583          */
3584         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3585                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3586                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3587
3588 retry:
3589         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3590                 wake_all_kswapds(order, ac);
3591
3592         /*
3593          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3594          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3595          * to how we want to proceed.
3596          */
3597         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3598
3599         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3600         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3601                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3602         if (page)
3603                 goto got_pg;
3604
3605         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3606         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3607                 /*
3608                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3609                  * the allocation is high priority and these type of
3610                  * allocations are system rather than user orientated
3611                  */
3612                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3613                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3614                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3615                 if (page)
3616                         goto got_pg;
3617         }
3618
3619         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3620         if (!can_direct_reclaim) {
3621                 /*
3622                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3623                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3624                  * to fail.
3625                  */
3626                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3627                 goto nopage;
3628         }
3629
3630         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3631         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3632                 /*
3633                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3634                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3635                  * for somebody to do a work for us.
3636                  */
3637                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3638                         cond_resched();
3639                         goto retry;
3640                 }
3641                 goto nopage;
3642         }
3643
3644         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3645         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3646                 goto nopage;
3647
3648         /*
3649          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3650          * attempts after direct reclaim are synchronous
3651          */
3652         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3653                                         migration_mode,
3654                                         &compact_result);
3655         if (page)
3656                 goto got_pg;
3657
3658         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3659         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3660                 /*
3661                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3662                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3663                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3664                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3665                  * instead of entering direct reclaim.
3666                  */
3667                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3668                         goto nopage;
3669
3670                 /*
3671                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3672                  * excessive stalls.
3673                  */
3674                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3675                         goto nopage;
3676         }
3677
3678         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3679                 compaction_retries++;
3680
3681         /* Try direct reclaim and then allocating */
3682         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3683                                                         &did_some_progress);
3684         if (page)
3685                 goto got_pg;
3686
3687         /* Do not loop if specifically requested */
3688         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3689                 goto noretry;
3690
3691         /*
3692          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3693          * __GFP_REPEAT
3694          */
3695         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3696                 goto noretry;
3697
3698         /*
3699          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3700          * their order will become available due to high fragmentation so
3701          * always increment the no progress counter for them
3702          */
3703         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3704                 no_progress_loops = 0;
3705         else
3706                 no_progress_loops++;
3707
3708         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3709                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3710                 goto retry;
3711
3712         /*
3713          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3714          * reclaim is not able to make any progress because the current
3715          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3716          * of free memory (see __compaction_suitable)
3717          */
3718         if (did_some_progress > 0 &&
3719                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3720                                 compact_result, &migration_mode,
3721                                 compaction_retries))
3722                 goto retry;
3723
3724         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3725         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3726         if (page)
3727                 goto got_pg;
3728
3729         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3730         if (did_some_progress) {
3731                 no_progress_loops = 0;
3732                 goto retry;
3733         }
3734
3735 noretry:
3736         /*
3737          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3738          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3739          * reclaim so call directly if necessary.
3740          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3741          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3742          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3743          * at least light sync migration.
3744          */
3745         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3746                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3747         else
3748                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3749         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3750                                             ac, migration_mode,
3751                                             &compact_result);
3752         if (page)
3753                 goto got_pg;
3754 nopage:
3755         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3756 got_pg:
3757         return page;
3758 }
3759
3760 /*
3761  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3762  */
3763 struct page *
3764 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3765                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3766 {
3767         struct page *page;
3768         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3769         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3770         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3771         struct alloc_context ac = {
3772                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3773                 .zonelist = zonelist,
3774                 .nodemask = nodemask,
3775                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3776         };
3777
3778         if (cpusets_enabled()) {
3779                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3780                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3781                 if (!ac.nodemask)
3782                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3783         }
3784
3785         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3786
3787         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3788
3789         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3790
3791         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3792                 return NULL;
3793
3794         /*
3795          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3796          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3797          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3798          */
3799         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3800                 return NULL;
3801
3802         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3803                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3804
3805 retry_cpuset:
3806         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3807
3808         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3809         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3810
3811         /* The preferred zone is used for statistics later */
3812         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3813                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3814         if (!ac.preferred_zoneref) {
3815                 page = NULL;
3816                 goto no_zone;
3817         }
3818
3819         /* First allocation attempt */
3820         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3821         if (likely(page))
3822                 goto out;
3823
3824         /*
3825          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3826          * because I/O on the device might not complete.
3827          */
3828         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3829         ac.spread_dirty_pages = false;
3830
3831         /*
3832          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3833          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3834          */
3835         if (cpusets_enabled())
3836                 ac.nodemask = nodemask;
3837         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3838
3839 no_zone:
3840         /*
3841          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3842          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3843          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3844          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3845          */
3846         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3847                 alloc_mask = gfp_mask;
3848                 goto retry_cpuset;
3849         }
3850
3851 out:
3852         if (kmemcheck_enabled && page)
3853                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3854
3855         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3856
3857         return page;
3858 }
3859 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3860
3861 /*
3862  * Common helper functions.
3863  */
3864 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3865 {
3866         struct page *page;
3867
3868         /*
3869          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3870          * a highmem page
3871          */
3872         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3873
3874         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3875         if (!page)
3876                 return 0;
3877         return (unsigned long) page_address(page);
3878 }
3879 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3880
3881 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3882 {
3883         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3884 }
3885 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3886
3887 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3888 {
3889         if (put_page_testzero(page)) {
3890                 if (order == 0)
3891                         free_hot_cold_page(page, false);
3892                 else
3893                         __free_pages_ok(page, order);
3894         }
3895 }
3896
3897 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3898
3899 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3900 {
3901         if (addr != 0) {
3902                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3903                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3904         }
3905 }
3906
3907 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3908
3909 /*
3910  * Page Fragment:
3911  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3912  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3913  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3914  *
3915  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3916  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3917  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3918  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3919  */
3920 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3921                                        gfp_t gfp_mask)
3922 {
3923         struct page *page = NULL;
3924         gfp_t gfp = gfp_mask;
3925
3926 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3927         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3928                     __GFP_NOMEMALLOC;
3929         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3930                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3931         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3932 #endif
3933         if (unlikely(!page))
3934                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3935
3936         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3937
3938         return page;
3939 }
3940
3941 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3942                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3943 {
3944         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3945         struct page *page;
3946         int offset;
3947
3948         if (unlikely(!nc->va)) {
3949 refill:
3950                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3951                 if (!page)
3952                         return NULL;
3953
3954 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3955                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3956                 size = nc->size;
3957 #endif
3958                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3959                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3960                  */
3961                 page_ref_add(page, size - 1);
3962
3963                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3964                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3965                 nc->pagecnt_bias = size;
3966                 nc->offset = size;
3967         }
3968
3969         offset = nc->offset - fragsz;
3970         if (unlikely(offset < 0)) {
3971                 page = virt_to_page(nc->va);
3972
3973                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3974                         goto refill;
3975
3976 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3977                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3978                 size = nc->size;
3979 #endif
3980                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3981                 set_page_count(page, size);
3982
3983                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3984                 nc->pagecnt_bias = size;
3985                 offset = size - fragsz;
3986         }
3987
3988         nc->pagecnt_bias--;
3989         nc->offset = offset;
3990
3991         return nc->va + offset;
3992 }
3993 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3994
3995 /*
3996  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3997  */
3998 void __free_page_frag(void *addr)
3999 {
4000         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4001
4002         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4003                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4004 }
4005 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4006
4007 /*
4008  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4009  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4010  * equivalent to alloc_pages.
4011  *
4012  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4013  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4014  */
4015 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4016 {
4017         struct page *page;
4018
4019         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4020         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4021                 __free_pages(page, order);
4022                 page = NULL;
4023         }
4024         return page;
4025 }
4026
4027 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4028 {
4029         struct page *page;
4030
4031         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4032         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4033                 __free_pages(page, order);
4034                 page = NULL;
4035         }
4036         return page;
4037 }
4038
4039 /*
4040  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4041  * alloc_kmem_pages.
4042  */
4043 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4044 {
4045         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4046         __free_pages(page, order);
4047 }
4048
4049 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4050 {
4051         if (addr != 0) {
4052                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4053                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4054         }
4055 }
4056
4057 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4058                 size_t size)
4059 {
4060         if (addr) {
4061                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4062                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4063
4064                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4065                 while (used < alloc_end) {
4066                         free_page(used);
4067                         used += PAGE_SIZE;
4068                 }
4069         }
4070         return (void *)addr;
4071 }
4072
4073 /**
4074  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4075  * @size: the number of bytes to allocate
4076  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4077  *
4078  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4079  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4080  * allocate memory in power-of-two pages.
4081  *
4082  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4083  *
4084  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4085  */
4086 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4087 {
4088         unsigned int order = get_order(size);
4089         unsigned long addr;
4090
4091         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4092         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4093 }
4094 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4095
4096 /**
4097  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4098  *                         pages on a node.
4099  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4100  * @size: the number of bytes to allocate
4101  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4102  *
4103  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4104  * back.
4105  */
4106 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4107 {
4108         unsigned int order = get_order(size);
4109         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4110         if (!p)
4111                 return NULL;
4112         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4113 }
4114
4115 /**
4116  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4117  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4118  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4119  *
4120  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4121  */
4122 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4123 {
4124         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4125         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4126
4127         while (addr < end) {
4128                 free_page(addr);
4129                 addr += PAGE_SIZE;
4130         }
4131 }
4132 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4133
4134 /**
4135  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4136  * @offset: The zone index of the highest zone
4137  *
4138  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4139  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4140  * zone, the number of pages is calculated as:
4141  *     managed_pages - high_pages
4142  */
4143 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4144 {
4145         struct zoneref *z;
4146         struct zone *zone;
4147
4148         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4149         unsigned long sum = 0;
4150
4151         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4152
4153         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4154                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4155                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4156                 if (size > high)
4157                         sum += size - high;
4158         }
4159
4160         return sum;
4161 }
4162
4163 /**
4164  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4165  *
4166  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4167  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4168  */
4169 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4170 {
4171         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4172 }
4173 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4174
4175 /**
4176  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4177  *
4178  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4179  * high watermark within all zones.
4180  */
4181 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4182 {
4183         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4184 }
4185
4186 static inline void show_node(struct zone *zone)
4187 {
4188         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4189                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4190 }
4191
4192 long si_mem_available(void)
4193 {
4194         long available;
4195         unsigned long pagecache;
4196         unsigned long wmark_low = 0;
4197         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4198         struct zone *zone;
4199         int lru;
4200
4201         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4202                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4203
4204         for_each_zone(zone)
4205                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4206
4207         /*
4208          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4209          * without causing swapping.
4210          */
4211         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4212
4213         /*
4214          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4215          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4216          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4217          */
4218         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4219         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4220         available += pagecache;
4221
4222         /*
4223          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4224          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4225          */
4226         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4227                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4228
4229         if (available < 0)
4230                 available = 0;
4231         return available;
4232 }
4233 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4234
4235 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4236 {
4237         val->totalram = totalram_pages;
4238         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4239         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4240         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4241         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4242         val->freehigh = nr_free_highpages();
4243         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4244 }
4245
4246 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4247
4248 #ifdef CONFIG_NUMA
4249 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4250 {
4251         int zone_type;          /* needs to be signed */
4252         unsigned long managed_pages = 0;
4253         unsigned long managed_highpages = 0;
4254         unsigned long free_highpages = 0;
4255         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4256
4257         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4258                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4259         val->totalram = managed_pages;
4260         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4261         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4262 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4263         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4264                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4265
4266                 if (is_highmem(zone)) {
4267                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4268                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4269                 }
4270         }
4271         val->totalhigh = managed_highpages;
4272         val->freehigh = free_highpages;
4273 #else
4274         val->totalhigh = managed_highpages;
4275         val->freehigh = free_highpages;
4276 #endif
4277         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4278 }
4279 #endif
4280
4281 /*
4282  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4283  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4284  */
4285 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4286 {
4287         bool ret = false;
4288         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4289
4290         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4291                 goto out;
4292
4293         do {
4294                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4295                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4296         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4297 out:
4298         return ret;
4299 }
4300
4301 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4302
4303 static void show_migration_types(unsigned char type)
4304 {
4305         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4306                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4307                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4308                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4309                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4310 #ifdef CONFIG_CMA
4311                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4312 #endif
4313 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4314                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4315 #endif
4316         };
4317         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4318         char *p = tmp;
4319         int i;
4320
4321         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4322                 if (type & (1 << i))
4323                         *p++ = types[i];
4324         }
4325
4326         *p = '\0';
4327         printk("(%s) ", tmp);
4328 }
4329
4330 /*
4331  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4332  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4333  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4334  *
4335  * Bits in @filter:
4336  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4337  *   cpuset.
4338  */
4339 void show_free_areas(unsigned int filter)
4340 {
4341         unsigned long free_pcp = 0;
4342         int cpu;
4343         struct zone *zone;
4344
4345         for_each_populated_zone(zone) {
4346                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4347                         continue;
4348
4349                 for_each_online_cpu(cpu)
4350                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4351         }
4352
4353         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4354                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4355                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4356                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4357                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4358                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4359                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4360                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4361                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4362                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4363                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4364                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4365                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4366                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4367                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4368                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4369                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4370                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4371                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4372                 global_page_state(NR_SHMEM),
4373                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4374                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4375                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4376                 free_pcp,
4377                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4378
4379         for_each_populated_zone(zone) {
4380                 int i;
4381
4382                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4383                         continue;
4384
4385                 free_pcp = 0;
4386                 for_each_online_cpu(cpu)
4387                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4388
4389                 show_node(zone);
4390                 printk("%s"
4391                         " free:%lukB"
4392                         " min:%lukB"
4393                         " low:%lukB"
4394                         " high:%lukB"
4395                         " active_anon:%lukB"
4396                         " inactive_anon:%lukB"
4397                         " active_file:%lukB"
4398                         " inactive_file:%lukB"
4399                         " unevictable:%lukB"
4400                         " isolated(anon):%lukB"
4401                         " isolated(file):%lukB"
4402                         " present:%lukB"
4403                         " managed:%lukB"
4404                         " mlocked:%lukB"
4405                         " dirty:%lukB"
4406                         " writeback:%lukB"
4407                         " mapped:%lukB"
4408                         " shmem:%lukB"
4409                         " slab_reclaimable:%lukB"
4410                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4411                         " kernel_stack:%lukB"
4412                         " pagetables:%lukB"
4413                         " unstable:%lukB"
4414                         " bounce:%lukB"
4415                         " free_pcp:%lukB"
4416                         " local_pcp:%ukB"
4417                         " free_cma:%lukB"
4418                         " writeback_tmp:%lukB"
4419                         " pages_scanned:%lu"
4420                         " all_unreclaimable? %s"
4421                         "\n",
4422                         zone->name,
4423                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4424                         K(min_wmark_pages(zone)),
4425                         K(low_wmark_pages(zone)),
4426                         K(high_wmark_pages(zone)),
4427                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4428                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4429                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4430                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4431                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4432                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4433                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4434                         K(zone->present_pages),
4435                         K(zone->managed_pages),
4436                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4437                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4438                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4439                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4440                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4441                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4442                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4443                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4444                                 THREAD_SIZE / 1024,
4445                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4446                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4447                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4448                         K(free_pcp),
4449                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4450                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4451                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4452                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4453                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4454                         );
4455                 printk("lowmem_reserve[]:");
4456                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4457                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4458                 printk("\n");
4459         }
4460
4461         for_each_populated_zone(zone) {
4462                 unsigned int order;
4463                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4464                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4465
4466                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4467                         continue;
4468                 show_node(zone);
4469                 printk("%s: ", zone->name);
4470
4471                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4472                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4473                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4474                         int type;
4475
4476                         nr[order] = area->nr_free;
4477                         total += nr[order] << order;
4478
4479                         types[order] = 0;
4480                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4481                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4482                                         types[order] |= 1 << type;
4483                         }
4484                 }
4485                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4486                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4487                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4488                         if (nr[order])
4489                                 show_migration_types(types[order]);
4490                 }
4491                 printk("= %lukB\n", K(total));
4492         }
4493
4494         hugetlb_show_meminfo();
4495
4496         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4497
4498         show_swap_cache_info();
4499 }
4500
4501 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4502 {
4503         zoneref->zone = zone;
4504         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4505 }
4506
4507 /*
4508  * Builds allocation fallback zone lists.
4509  *
4510  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4511  */
4512 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4513                                 int nr_zones)
4514 {
4515         struct zone *zone;
4516         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4517
4518         do {
4519                 zone_type--;
4520                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4521                 if (populated_zone(zone)) {
4522                         zoneref_set_zone(zone,
4523                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4524                         check_highest_zone(zone_type);
4525                 }
4526         } while (zone_type);
4527
4528         return nr_zones;
4529 }
4530
4531
4532 /*
4533  *  zonelist_order:
4534  *  0 = automatic detection of better ordering.
4535  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4536  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4537  *
4538  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4539  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4540  */
4541 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4542 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4543 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4544
4545 /* zonelist order in the kernel.
4546  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4547  */
4548 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4549 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4550
4551
4552 #ifdef CONFIG_NUMA
4553 /* The value user specified ....changed by config */
4554 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4555 /* string for sysctl */
4556 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4557 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4558
4559 /*
4560  * interface for configure zonelist ordering.
4561  * command line option "numa_zonelist_order"
4562  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4563  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4564  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4565  */
4566
4567 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4568 {
4569         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4570                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4571         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4572                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4573         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4574                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4575         } else {
4576                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4577                 return -EINVAL;
4578         }
4579         return 0;
4580 }
4581
4582 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4583 {
4584         int ret;
4585
4586         if (!s)
4587                 return 0;
4588
4589         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4590         if (ret == 0)
4591                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4592
4593         return ret;
4594 }
4595 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4596
4597 /*
4598  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4599  */
4600 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4601                 void __user *buffer, size_t *length,
4602                 loff_t *ppos)
4603 {
4604         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4605         int ret;
4606         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4607
4608         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4609         if (write) {
4610                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4611                         ret = -EINVAL;
4612                         goto out;
4613                 }
4614                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4615         }
4616         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4617         if (ret)
4618                 goto out;
4619         if (write) {
4620                 int oldval = user_zonelist_order;
4621
4622                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4623                 if (ret) {
4624                         /*
4625                          * bogus value.  restore saved string
4626                          */
4627                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4628                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4629                         user_zonelist_order = oldval;
4630                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4631                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4632                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4633                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4634                 }
4635         }
4636 out:
4637         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4638         return ret;
4639 }
4640
4641
4642 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4643 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4644
4645 /**
4646  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4647  * @node: node whose fallback list we're appending
4648  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4649  *
4650  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4651  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4652  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4653  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4654  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4655  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4656  * on them otherwise.
4657  * It returns -1 if no node is found.
4658  */
4659 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4660 {
4661         int n, val;
4662         int min_val = INT_MAX;
4663         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4664         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4665
4666         /* Use the local node if we haven't already */
4667         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4668                 node_set(node, *used_node_mask);
4669                 return node;
4670         }
4671
4672         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4673
4674                 /* Don't want a node to appear more than once */
4675                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4676                         continue;
4677
4678                 /* Use the distance array to find the distance */
4679                 val = node_distance(node, n);
4680
4681                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4682                 val += (n < node);
4683
4684                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4685                 tmp = cpumask_of_node(n);
4686                 if (!cpumask_empty(tmp))
4687                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4688
4689                 /* Slight preference for less loaded node */
4690                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4691                 val += node_load[n];
4692
4693                 if (val < min_val) {
4694                         min_val = val;
4695                         best_node = n;
4696                 }
4697         }
4698
4699         if (best_node >= 0)
4700                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4701
4702         return best_node;
4703 }
4704
4705
4706 /*
4707  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4708  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4709  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4710  */
4711 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4712 {
4713         int j;
4714         struct zonelist *zonelist;
4715
4716         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4717         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4718                 ;
4719         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4720         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4721         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4722 }
4723
4724 /*
4725  * Build gfp_thisnode zonelists
4726  */
4727 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4728 {
4729         int j;
4730         struct zonelist *zonelist;
4731
4732         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4733         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4734         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4735         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4736 }
4737
4738 /*
4739  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4740  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4741  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4742  * may still exist in local DMA zone.
4743  */
4744 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4745
4746 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4747 {
4748         int pos, j, node;
4749         int zone_type;          /* needs to be signed */
4750         struct zone *z;
4751         struct zonelist *zonelist;
4752
4753         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4754         pos = 0;
4755         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4756                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4757                         node = node_order[j];
4758                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4759                         if (populated_zone(z)) {
4760                                 zoneref_set_zone(z,
4761                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4762                                 check_highest_zone(zone_type);
4763                         }
4764                 }
4765         }
4766         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4767         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4768 }
4769
4770 #if defined(CONFIG_64BIT)
4771 /*
4772  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4773  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4774  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4775  */
4776 static int default_zonelist_order(void)
4777 {
4778         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4779 }
4780 #else
4781 /*
4782  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4783  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4784  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4785  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4786  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4787  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4788  */
4789 static int default_zonelist_order(void)
4790 {
4791         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4792 }
4793 #endif /* CONFIG_64BIT */
4794
4795 static void set_zonelist_order(void)
4796 {
4797         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4798                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4799         else
4800                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4801 }
4802
4803 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4804 {
4805         int i, node, load;
4806         nodemask_t used_mask;
4807         int local_node, prev_node;
4808         struct zonelist *zonelist;
4809         unsigned int order = current_zonelist_order;
4810
4811         /* initialize zonelists */
4812         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4813                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4814                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4815                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4816         }
4817
4818         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4819         local_node = pgdat->node_id;
4820         load = nr_online_nodes;
4821         prev_node = local_node;
4822         nodes_clear(used_mask);
4823
4824         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4825         i = 0;
4826
4827         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4828                 /*
4829                  * We don't want to pressure a particular node.
4830                  * So adding penalty to the first node in same
4831                  * distance group to make it round-robin.
4832                  */
4833                 if (node_distance(local_node, node) !=
4834                     node_distance(local_node, prev_node))
4835                         node_load[node] = load;
4836
4837                 prev_node = node;
4838                 load--;
4839                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4840                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4841                 else
4842                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4843         }
4844
4845         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4846                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4847                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4848         }
4849
4850         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4851 }
4852
4853 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4854 /*
4855  * Return node id of node used for "local" allocations.
4856  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4857  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4858  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4859  */
4860 int local_memory_node(int node)
4861 {
4862         struct zoneref *z;
4863
4864         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4865                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4866                                    NULL);
4867         return z->zone->node;
4868 }
4869 #endif
4870
4871 #else   /* CONFIG_NUMA */
4872
4873 static void set_zonelist_order(void)
4874 {
4875         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4876 }
4877
4878 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4879 {
4880         int node, local_node;
4881         enum zone_type j;
4882         struct zonelist *zonelist;
4883
4884         local_node = pgdat->node_id;
4885
4886         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4887         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4888
4889         /*
4890          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4891          * of all the other nodes.
4892          * We don't want to pressure a particular node, so when
4893          * building the zones for node N, we make sure that the
4894          * zones coming right after the local ones are those from
4895          * node N+1 (modulo N)
4896          */
4897         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4898                 if (!node_online(node))
4899                         continue;
4900                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4901         }
4902         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4903                 if (!node_online(node))
4904                         continue;
4905                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4906         }
4907
4908         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4909         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4910 }
4911
4912 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4913
4914 /*
4915  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4916  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4917  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4918  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4919  * with interrupts disabled.
4920  *
4921  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4922  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4923  * hotplugged processors.
4924  *
4925  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4926  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4927  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4928  */
4929 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4930 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4931 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4932
4933 /*
4934  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4935  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4936  */
4937 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4938
4939 /* return values int ....just for stop_machine() */
4940 static int __build_all_zonelists(void *data)
4941 {
4942         int nid;
4943         int cpu;
4944         pg_data_t *self = data;
4945
4946 #ifdef CONFIG_NUMA
4947         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4948 #endif
4949
4950         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4951                 build_zonelists(self);
4952         }
4953
4954         for_each_online_node(nid) {
4955                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4956
4957                 build_zonelists(pgdat);
4958         }
4959
4960         /*
4961          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4962          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4963          * each zone will be allocated later when the per cpu
4964          * allocator is available.
4965          *
4966          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4967          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4968          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4969          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4970          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4971          * (a chicken-egg dilemma).
4972          */
4973         for_each_possible_cpu(cpu) {
4974                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4975
4976 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4977                 /*
4978                  * We now know the "local memory node" for each node--
4979                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4980                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4981                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4982                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4983                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4984                  */
4985                 if (cpu_online(cpu))
4986                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4987 #endif
4988         }
4989
4990         return 0;
4991 }
4992
4993 static noinline void __init
4994 build_all_zonelists_init(void)
4995 {
4996         __build_all_zonelists(NULL);
4997         mminit_verify_zonelist();
4998         cpuset_init_current_mems_allowed();
4999 }
5000
5001 /*
5002  * Called with zonelists_mutex held always
5003  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5004  *
5005  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5006  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5007  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5008  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5009  */
5010 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5011 {
5012         set_zonelist_order();
5013
5014         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5015                 build_all_zonelists_init();
5016         } else {
5017 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5018                 if (zone)
5019                         setup_zone_pageset(zone);
5020 #endif
5021                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5022                    of zonelist */
5023                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5024                 /* cpuset refresh routine should be here */
5025         }
5026         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5027         /*
5028          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5029          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5030          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5031          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5032          * disabled and enable it later
5033          */
5034         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5035                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5036         else
5037                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5038
5039         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5040                 nr_online_nodes,
5041                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5042                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5043                 vm_total_pages);
5044 #ifdef CONFIG_NUMA
5045         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5046 #endif
5047 }
5048
5049 /*
5050  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5051  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5052  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5053  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5054  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5055  * conservative, even though it seems large.
5056  *
5057  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5058  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5059  */
5060 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5061
5062 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5063 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5064 {
5065         unsigned long size = 1;
5066
5067         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5068
5069         while (size < pages)
5070                 size <<= 1;
5071
5072         /*
5073          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5074          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5075          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5076          */
5077         size = min(size, 4096UL);
5078
5079         return max(size, 4UL);
5080 }
5081 #else
5082 /*
5083  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5084  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5085  *
5086  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5087  *
5088  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5089  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5090  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5091  *
5092  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5093  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5094  *
5095  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5096  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5097  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5098  */
5099 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5100 {
5101         return 4096UL;
5102 }
5103 #endif
5104
5105 /*
5106  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5107  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5108  * hash function before the remainder is taken.
5109  */
5110 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5111 {
5112         return ffz(~size);
5113 }
5114
5115 /*
5116  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5117  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5118  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5119  */
5120 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5121                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5122 {
5123         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5124         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5125         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5126         unsigned long pfn;
5127         unsigned long nr_initialised = 0;
5128 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5129         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5130 #endif
5131
5132         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5133                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5134
5135         /*
5136          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5137          * memory
5138          */
5139         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5140                 start_pfn += altmap->reserve;
5141
5142         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5143                 /*
5144                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5145                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5146                  */
5147                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5148                         goto not_early;
5149
5150                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5151                         continue;
5152                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5153                         continue;
5154                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5155                         break;
5156
5157 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5158                 /*
5159                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5160                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5161                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5162                  */
5163                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5164                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5165                                 continue;
5166
5167                 /*
5168                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5169                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5170                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5171                  */
5172                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5173                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5174                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5175                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5176                                                 break;
5177                                 r = tmp;
5178                         }
5179                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5180                             memblock_is_mirror(r)) {
5181                                 /* already initialized as NORMAL */
5182                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5183                                 continue;
5184                         }
5185                 }
5186 #endif
5187
5188 not_early:
5189                 /*
5190                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5191                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5192                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5193                  * the address space during boot when many long-lived
5194                  * kernel allocations are made.
5195                  *
5196                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5197                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5198                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5199                  * pfn out of zone.
5200                  */
5201                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5202                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5203
5204                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5205                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5206                 } else {
5207                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5208                 }
5209         }
5210 }
5211
5212 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5213 {
5214         unsigned int order, t;
5215         for_each_migratetype_order(order, t) {
5216                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5217                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5218         }
5219 }
5220
5221 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5222 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5223         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5224 #endif
5225
5226 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5227 {
5228 #ifdef CONFIG_MMU
5229         int batch;
5230
5231         /*
5232          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5233          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5234          *
5235          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5236          */
5237         batch = zone->managed_pages / 1024;
5238         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5239                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5240         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5241         if (batch < 1)
5242                 batch = 1;
5243
5244         /*
5245          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5246          * of 2 value was found to be more likely to have
5247          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5248          *
5249          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5250          * batches of pages, one task can end up with a lot
5251          * of pages of one half of the possible page colors
5252          * and the other with pages of the other colors.
5253          */
5254         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5255
5256         return batch;
5257
5258 #else
5259         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5260          * conditions.
5261          *
5262          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5263          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5264          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5265          *
5266          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5267          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5268          * can be a significant delay between the individual batches being
5269          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5270          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5271          */
5272         return 0;
5273 #endif
5274 }
5275
5276 /*
5277  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5278  * ->batch must never be higher then ->high.
5279  * The following function updates them in a safe manner without read side
5280  * locking.
5281  *
5282  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5283  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5284  *
5285  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5286  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5287  * exist).
5288  */
5289 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5290                 unsigned long batch)
5291 {
5292        /* start with a fail safe value for batch */
5293         pcp->batch = 1;
5294         smp_wmb();
5295
5296        /* Update high, then batch, in order */
5297         pcp->high = high;
5298         smp_wmb();
5299
5300         pcp->batch = batch;
5301 }
5302
5303 /* a companion to pageset_set_high() */
5304 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5305 {
5306         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5307 }
5308
5309 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5310 {
5311         struct per_cpu_pages *pcp;
5312         int migratetype;
5313
5314         memset(p, 0, sizeof(*p));
5315
5316         pcp = &p->pcp;
5317         pcp->count = 0;
5318         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5319                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5320 }
5321
5322 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5323 {
5324         pageset_init(p);
5325         pageset_set_batch(p, batch);
5326 }
5327
5328 /*
5329  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5330  * to the value high for the pageset p.
5331  */
5332 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5333                                 unsigned long high)
5334 {
5335         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5336         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5337                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5338
5339         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5340 }
5341
5342 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5343                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5344 {
5345         if (percpu_pagelist_fraction)
5346                 pageset_set_high(pcp,
5347                         (zone->managed_pages /
5348                                 percpu_pagelist_fraction));
5349         else
5350                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5351 }
5352
5353 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5354 {
5355         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5356
5357         pageset_init(pcp);
5358         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5359 }
5360
5361 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5362 {
5363         int cpu;
5364         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5365         for_each_possible_cpu(cpu)
5366                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5367 }
5368
5369 /*
5370  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5371  * Before this call only boot pagesets were available.
5372  */
5373 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5374 {
5375         struct zone *zone;
5376
5377         for_each_populated_zone(zone)
5378                 setup_zone_pageset(zone);
5379 }
5380
5381 static noinline __init_refok
5382 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5383 {
5384         int i;
5385         size_t alloc_size;
5386
5387         /*
5388          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5389          * per zone.
5390          */
5391         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5392                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5393         zone->wait_table_bits =
5394                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5395         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5396                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5397
5398         if (!slab_is_available()) {
5399                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5400                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5401                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5402         } else {
5403                 /*
5404                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5405                  * via memory hot-add.
5406                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5407                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5408                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5409                  * node itself as well.
5410                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5411                  * necessary.
5412                  */
5413                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5414         }
5415         if (!zone->wait_table)
5416                 return -ENOMEM;
5417
5418         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5419                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5420
5421         return 0;
5422 }
5423
5424 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5425 {
5426         /*
5427          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5428          * relies on the ability of the linker to provide the
5429          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5430          */
5431         zone->pageset = &boot_pageset;
5432
5433         if (populated_zone(zone))
5434                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5435                         zone->name, zone->present_pages,
5436                                          zone_batchsize(zone));
5437 }
5438
5439 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5440                                         unsigned long zone_start_pfn,
5441                                         unsigned long size)
5442 {
5443         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5444         int ret;
5445         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5446         if (ret)
5447                 return ret;
5448         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5449
5450         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5451
5452         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5453                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5454                         pgdat->node_id,
5455                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5456                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5457
5458         zone_init_free_lists(zone);
5459
5460         return 0;
5461 }
5462
5463 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5464 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5465
5466 /*
5467  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5468  */
5469 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5470                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5471 {
5472         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5473         int nid;
5474
5475         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5476                 return state->last_nid;
5477
5478         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5479         if (nid != -1) {
5480                 state->last_start = start_pfn;
5481                 state->last_end = end_pfn;
5482                 state->last_nid = nid;
5483         }
5484
5485         return nid;
5486 }
5487 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5488
5489 /**
5490  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5491  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5492  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5493  *
5494  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5495  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5496  * memblock_free_early_nid() manually.
5497  */
5498 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5499 {
5500         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5501         int i, this_nid;
5502
5503         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5504                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5505                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5506
5507                 if (start_pfn < end_pfn)
5508                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5509                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5510                                         this_nid);
5511         }
5512 }
5513
5514 /**
5515  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5516  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5517  *
5518  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5519  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5520  */
5521 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5522 {
5523         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5524         int i, this_nid;
5525
5526         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5527                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5528 }
5529
5530 /**
5531  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5532  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5533  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5534  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5535  *
5536  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5537  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5538  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5539  * PFNs will be 0.
5540  */
5541 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5542                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5543 {
5544         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5545         int i;
5546
5547         *start_pfn = -1UL;
5548         *end_pfn = 0;
5549
5550         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5551                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5552                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5553         }
5554
5555         if (*start_pfn == -1UL)
5556                 *start_pfn = 0;
5557 }
5558
5559 /*
5560  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5561  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5562  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5563  */
5564 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5565 {
5566         int zone_index;
5567         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5568                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5569                         continue;
5570
5571                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5572                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5573                         break;
5574         }
5575
5576         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5577         movable_zone = zone_index;
5578 }
5579
5580 /*
5581  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5582  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5583  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5584  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5585  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5586  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5587  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5588  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5589  */
5590 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5591                                         unsigned long zone_type,
5592                                         unsigned long node_start_pfn,
5593                                         unsigned long node_end_pfn,
5594                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5595                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5596 {
5597         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5598         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5599                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5600                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5601                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5602                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5603                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5604
5605                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5606                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5607                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5608         }
5609 }
5610
5611 /*
5612  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5613  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5614  */
5615 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5616                                         unsigned long zone_type,
5617                                         unsigned long node_start_pfn,
5618                                         unsigned long node_end_pfn,
5619                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5620                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5621                                         unsigned long *ignored)
5622 {
5623         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5624         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5625                 return 0;
5626
5627         /* Get the start and end of the zone */
5628         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5629         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5630         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5631                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5632                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5633
5634         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5635         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5636                 return 0;
5637
5638         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5639         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5640         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5641
5642         /* Return the spanned pages */
5643         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5644 }
5645
5646 /*
5647  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5648  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5649  */
5650 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5651                                 unsigned long range_start_pfn,
5652                                 unsigned long range_end_pfn)
5653 {
5654         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5655         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5656         int i;
5657
5658         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5659                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5660                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5661                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5662         }
5663         return nr_absent;
5664 }
5665
5666 /**
5667  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5668  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5669  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5670  *
5671  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5672  */
5673 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5674                                                         unsigned long end_pfn)
5675 {
5676         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5677 }
5678
5679 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5680 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5681                                         unsigned long zone_type,
5682                                         unsigned long node_start_pfn,
5683                                         unsigned long node_end_pfn,
5684                                         unsigned long *ignored)
5685 {
5686         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5687         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5688         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5689         unsigned long nr_absent;
5690
5691         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5692         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5693                 return 0;
5694
5695         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5696         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5697
5698         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5699                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5700                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5701         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5702
5703         /*
5704          * ZONE_MOVABLE handling.
5705          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5706          * and vice versa.
5707          */
5708         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5709                 if (mirrored_kernelcore) {
5710                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5711                         struct memblock_region *r;
5712
5713                         for_each_memblock(memory, r) {
5714                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5715                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5716                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5717                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5718
5719                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5720                                     memblock_is_mirror(r))
5721                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5722
5723                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5724                                     !memblock_is_mirror(r))
5725                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5726                         }
5727                 } else {
5728                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5729                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5730                 }
5731         }
5732
5733         return nr_absent;
5734 }
5735
5736 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5737 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5738                                         unsigned long zone_type,
5739                                         unsigned long node_start_pfn,
5740                                         unsigned long node_end_pfn,
5741                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5742                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5743                                         unsigned long *zones_size)
5744 {
5745         unsigned int zone;
5746
5747         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5748         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5749                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5750
5751         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5752
5753         return zones_size[zone_type];
5754 }
5755
5756 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5757                                                 unsigned long zone_type,
5758                                                 unsigned long node_start_pfn,
5759                                                 unsigned long node_end_pfn,
5760                                                 unsigned long *zholes_size)
5761 {
5762         if (!zholes_size)
5763                 return 0;
5764
5765         return zholes_size[zone_type];
5766 }
5767
5768 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5769
5770 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5771                                                 unsigned long node_start_pfn,
5772                                                 unsigned long node_end_pfn,
5773                                                 unsigned long *zones_size,
5774                                                 unsigned long *zholes_size)
5775 {
5776         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5777         enum zone_type i;
5778
5779         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5780                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5781                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5782                 unsigned long size, real_size;
5783
5784                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5785                                                   node_start_pfn,
5786                                                   node_end_pfn,
5787                                                   &zone_start_pfn,
5788                                                   &zone_end_pfn,
5789                                                   zones_size);
5790                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5791                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5792                                                   zholes_size);
5793                 if (size)
5794                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5795                 else
5796                         zone->zone_start_pfn = 0;
5797                 zone->spanned_pages = size;
5798                 zone->present_pages = real_size;
5799
5800                 totalpages += size;
5801                 realtotalpages += real_size;
5802         }
5803
5804         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5805         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5806         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5807                                                         realtotalpages);
5808 }
5809
5810 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5811 /*
5812  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5813  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5814  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5815  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5816  * bytes.
5817  */
5818 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5819 {
5820         unsigned long usemapsize;
5821
5822         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5823         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5824         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5825         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5826         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5827
5828         return usemapsize / 8;
5829 }
5830
5831 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5832                                 struct zone *zone,
5833                                 unsigned long zone_start_pfn,
5834                                 unsigned long zonesize)
5835 {
5836         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5837         zone->pageblock_flags = NULL;
5838         if (usemapsize)
5839                 zone->pageblock_flags =
5840                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5841                                                          pgdat->node_id);
5842 }
5843 #else
5844 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5845                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5846 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5847
5848 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5849
5850 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5851 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5852 {
5853         unsigned int order;
5854
5855         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5856         if (pageblock_order)
5857                 return;
5858
5859         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5860                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5861         else
5862                 order = MAX_ORDER - 1;
5863
5864         /*
5865          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5866          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5867          * powerpc.
5868          */
5869         pageblock_order = order;
5870 }
5871 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5872
5873 /*
5874  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5875  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5876  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5877  * the kernel config
5878  */
5879 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5880 {
5881 }
5882
5883 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5884
5885 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5886                                                    unsigned long present_pages)
5887 {
5888         unsigned long pages = spanned_pages;
5889
5890         /*
5891          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5892          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5893          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5894          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5895          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5896          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5897          */
5898         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5899             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5900                 pages = present_pages;
5901
5902         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5903 }
5904
5905 /*
5906  * Set up the zone data structures:
5907  *   - mark all pages reserved
5908  *   - mark all memory queues empty
5909  *   - clear the memory bitmaps
5910  *
5911  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5912  */
5913 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5914 {
5915         enum zone_type j;
5916         int nid = pgdat->node_id;
5917         int ret;
5918
5919         pgdat_resize_init(pgdat);
5920 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5921         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5922         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5923         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5924 #endif
5925 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5926         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5927         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5928         pgdat->split_queue_len = 0;
5929 #endif
5930         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5931         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5932 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5933         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5934 #endif
5935         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5936
5937         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5938                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5939                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5940                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5941
5942                 size = zone->spanned_pages;
5943                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5944
5945                 /*
5946                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5947                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5948                  * and per-cpu initialisations
5949                  */
5950                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5951                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5952                         if (freesize >= memmap_pages) {
5953                                 freesize -= memmap_pages;
5954                                 if (memmap_pages)
5955                                         printk(KERN_DEBUG
5956                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5957                                                zone_names[j], memmap_pages);
5958                         } else
5959                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5960                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5961                 }
5962
5963                 /* Account for reserved pages */
5964                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5965                         freesize -= dma_reserve;
5966                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5967                                         zone_names[0], dma_reserve);
5968                 }
5969
5970                 if (!is_highmem_idx(j))
5971                         nr_kernel_pages += freesize;
5972                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5973                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5974                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5975                 nr_all_pages += freesize;
5976
5977                 /*
5978                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5979                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5980                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5981                  */
5982                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5983 #ifdef CONFIG_NUMA
5984                 zone->node = nid;
5985                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5986                                                 / 100;
5987                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5988 #endif
5989                 zone->name = zone_names[j];
5990                 spin_lock_init(&zone->lock);
5991                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5992                 zone_seqlock_init(zone);
5993                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5994                 zone_pcp_init(zone);
5995
5996                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5997                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5998
5999                 lruvec_init(&zone->lruvec);
6000                 if (!size)
6001                         continue;
6002
6003                 set_pageblock_order();
6004                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6005                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6006                 BUG_ON(ret);
6007                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6008         }
6009 }
6010
6011 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6012 {
6013         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6014         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6015
6016         /* Skip empty nodes */
6017         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6018                 return;
6019
6020 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6021         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6022         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6023         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6024         if (!pgdat->node_mem_map) {
6025                 unsigned long size, end;
6026                 struct page *map;
6027
6028                 /*
6029                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6030                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6031                  * for the buddy allocator to function correctly.
6032                  */
6033                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6034                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6035                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6036                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6037                 if (!map)
6038                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6039                                                                pgdat->node_id);
6040                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6041         }
6042 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6043         /*
6044          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6045          */
6046         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6047                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6048 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6049                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6050                         mem_map -= offset;
6051 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6052         }
6053 #endif
6054 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6055 }
6056
6057 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6058                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6059 {
6060         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6061         unsigned long start_pfn = 0;
6062         unsigned long end_pfn = 0;
6063
6064         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6065         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6066
6067         reset_deferred_meminit(pgdat);
6068         pgdat->node_id = nid;
6069         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6070 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6071         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6072         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6073                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6074                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6075 #else
6076         start_pfn = node_start_pfn;
6077 #endif
6078         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6079                                   zones_size, zholes_size);
6080
6081         alloc_node_mem_map(pgdat);
6082 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6083         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6084                 nid, (unsigned long)pgdat,
6085                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6086 #endif
6087
6088         free_area_init_core(pgdat);
6089 }
6090
6091 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6092
6093 #if MAX_NUMNODES > 1
6094 /*
6095  * Figure out the number of possible node ids.
6096  */
6097 void __init setup_nr_node_ids(void)
6098 {
6099         unsigned int highest;
6100
6101         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6102         nr_node_ids = highest + 1;
6103 }
6104 #endif
6105
6106 /**
6107  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6108  *
6109  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6110  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6111  * all the nodes.
6112  *
6113  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6114  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6115  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6116  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6117  *
6118  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6119  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6120  * populated node map.
6121  *
6122  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6123  * requirement (single node).
6124  */
6125 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6126 {
6127         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6128         unsigned long start, end, mask;
6129         int last_nid = -1;
6130         int i, nid;
6131
6132         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6133                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6134                         last_nid = nid;
6135                         last_end = end;
6136                         continue;
6137                 }
6138
6139                 /*
6140                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6141                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6142                  * too coarse to separate the current node from the last.
6143                  */
6144                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6145                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6146                         mask <<= 1;
6147
6148                 /* accumulate all internode masks */
6149                 accl_mask |= mask;
6150         }
6151
6152         /* convert mask to number of pages */
6153         return ~accl_mask + 1;
6154 }
6155
6156 /* Find the lowest pfn for a node */
6157 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6158 {
6159         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6160         unsigned long start_pfn;
6161         int i;
6162
6163         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6164                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6165
6166         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6167                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6168                 return 0;
6169         }
6170
6171         return min_pfn;
6172 }
6173
6174 /**
6175  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6176  *
6177  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6178  * memblock_set_node().
6179  */
6180 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6181 {
6182         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6183 }
6184
6185 /*
6186  * early_calculate_totalpages()
6187  * Sum pages in active regions for movable zone.
6188  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6189  */
6190 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6191 {
6192         unsigned long totalpages = 0;
6193         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6194         int i, nid;
6195
6196         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6197                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6198
6199                 totalpages += pages;
6200                 if (pages)
6201                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6202         }
6203         return totalpages;
6204 }
6205
6206 /*
6207  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6208  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6209  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6210  * others
6211  */
6212 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6213 {
6214         int i, nid;
6215         unsigned long usable_startpfn;
6216         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6217         /* save the state before borrow the nodemask */
6218         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6219         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6220         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6221         struct memblock_region *r;
6222
6223         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6224         find_usable_zone_for_movable();
6225
6226         /*
6227          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6228          * options.
6229          */
6230         if (movable_node_is_enabled()) {
6231                 for_each_memblock(memory, r) {
6232                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6233                                 continue;
6234
6235                         nid = r->nid;
6236
6237                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6238                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6239                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6240                                 usable_startpfn;
6241                 }
6242
6243                 goto out2;
6244         }
6245
6246         /*
6247          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6248          */
6249         if (mirrored_kernelcore) {
6250                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6251
6252                 for_each_memblock(memory, r) {
6253                         if (memblock_is_mirror(r))
6254                                 continue;
6255
6256                         nid = r->nid;
6257
6258                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6259
6260                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6261                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6262                                 continue;
6263                         }
6264
6265                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6266                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6267                                 usable_startpfn;
6268                 }
6269
6270                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6271                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6272
6273                 goto out2;
6274         }
6275
6276         /*
6277          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6278          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6279          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6280          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6281          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6282          * what movablecore would have allowed.
6283          */
6284         if (required_movablecore) {
6285                 unsigned long corepages;
6286
6287                 /*
6288                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6289                  * was requested by the user
6290                  */
6291                 required_movablecore =
6292                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6293                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6294                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6295
6296                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6297         }
6298
6299         /*
6300          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6301          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6302          */
6303         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6304                 goto out;
6305
6306         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6307         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6308
6309 restart:
6310         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6311         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6312         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6313                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6314
6315                 /*
6316                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6317                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6318                  * amount of memory for the kernel
6319                  */
6320                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6321                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6322
6323                 /*
6324                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6325                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6326                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6327                  */
6328                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6329
6330                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6331                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6332                         unsigned long size_pages;
6333
6334                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6335                         if (start_pfn >= end_pfn)
6336                                 continue;
6337
6338                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6339                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6340                                 unsigned long kernel_pages;
6341                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6342                                                                 - start_pfn;
6343
6344                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6345                                                         kernelcore_remaining);
6346                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6347                                                         required_kernelcore);
6348
6349                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6350                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6351
6352                                         /*
6353                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6354                                          * that if we have to rebalance
6355                                          * kernelcore across nodes, we will
6356                                          * not double account here
6357                                          */
6358                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6359                                         continue;
6360                                 }
6361                                 start_pfn = usable_startpfn;
6362                         }
6363
6364                         /*
6365                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6366                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6367                          * number of pages used as kernelcore
6368                          */
6369                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6370                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6371                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6372                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6373
6374                         /*
6375                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6376                          * break if the kernelcore for this node has been
6377                          * satisfied
6378                          */
6379                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6380                                                                 size_pages);
6381                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6382                         if (!kernelcore_remaining)
6383                                 break;
6384                 }
6385         }
6386
6387         /*
6388          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6389          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6390          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6391          * satisfied
6392          */
6393         usable_nodes--;
6394         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6395                 goto restart;
6396
6397 out2:
6398         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6399         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6400                 zone_movable_pfn[nid] =
6401                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6402
6403 out:
6404         /* restore the node_state */
6405         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6406 }
6407
6408 /* Any regular or high memory on that node ? */
6409 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6410 {
6411         enum zone_type zone_type;
6412
6413         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6414                 return;
6415
6416         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6417                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6418                 if (populated_zone(zone)) {
6419                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6420                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6421                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6422                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6423                         break;
6424                 }
6425         }
6426 }
6427
6428 /**
6429  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6430  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6431  *
6432  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6433  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6434  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6435  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6436  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6437  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6438  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6439  * at arch_max_dma_pfn.
6440  */
6441 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6442 {
6443         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6444         int i, nid;
6445
6446         /* Record where the zone boundaries are */
6447         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6448                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6449         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6450                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6451         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6452         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6453         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6454                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6455                         continue;
6456                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6457                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6458                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6459                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6460         }
6461         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6462         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6463
6464         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6465         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6466         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6467
6468         /* Print out the zone ranges */
6469         pr_info("Zone ranges:\n");
6470         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6471                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6472                         continue;
6473                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6474                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6475                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6476                         pr_cont("empty\n");
6477                 else
6478                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6479                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6480                                         << PAGE_SHIFT,
6481                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6482                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6483         }
6484
6485         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6486         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6487         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6488                 if (zone_movable_pfn[i])
6489                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6490                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6491         }
6492
6493         /* Print out the early node map */
6494         pr_info("Early memory node ranges\n");
6495         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6496                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6497                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6498                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6499
6500         /* Initialise every node */
6501         mminit_verify_pageflags_layout();
6502         setup_nr_node_ids();
6503         for_each_online_node(nid) {
6504                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6505                 free_area_init_node(nid, NULL,
6506                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6507
6508                 /* Any memory on that node */
6509                 if (pgdat->node_present_pages)
6510                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6511                 check_for_memory(pgdat, nid);
6512         }
6513 }
6514
6515 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6516 {
6517         unsigned long long coremem;
6518         if (!p)
6519                 return -EINVAL;
6520
6521         coremem = memparse(p, &p);
6522         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6523
6524         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6525         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6526
6527         return 0;
6528 }
6529
6530 /*
6531  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6532  * cannot be reclaimed or migrated.
6533  */
6534 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6535 {
6536         /* parse kernelcore=mirror */
6537         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6538                 mirrored_kernelcore = true;
6539                 return 0;
6540         }
6541
6542         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6543 }
6544
6545 /*
6546  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6547  * can be reclaimed or migrated.
6548  */
6549 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6550 {
6551         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6552 }
6553
6554 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6555 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6556
6557 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6558
6559 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6560 {
6561         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6562         page_zone(page)->managed_pages += count;
6563         totalram_pages += count;
6564 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6565         if (PageHighMem(page))
6566                 totalhigh_pages += count;
6567 #endif
6568         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6569 }
6570 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6571
6572 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6573 {
6574         void *pos;
6575         unsigned long pages = 0;
6576
6577         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6578         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6579         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6580                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6581                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6582                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6583         }
6584
6585         if (pages && s)
6586                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6587                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6588
6589         return pages;
6590 }
6591 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6592
6593 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6594 void free_highmem_page(struct page *page)
6595 {
6596         __free_reserved_page(page);
6597         totalram_pages++;
6598         page_zone(page)->managed_pages++;
6599         totalhigh_pages++;
6600 }
6601 #endif
6602
6603
6604 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6605 {
6606         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6607         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6608
6609         physpages = get_num_physpages();
6610         codesize = _etext - _stext;
6611         datasize = _edata - _sdata;
6612         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6613         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6614         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6615         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6616
6617         /*
6618          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6619          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6620          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6621          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6622          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6623          */
6624 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6625         do { \
6626                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6627                         size -= adj; \
6628         } while (0)
6629
6630         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6631                      _sinittext, init_code_size);
6632         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6633         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6634         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6635         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6636
6637 #undef  adj_init_size
6638
6639         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6640 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6641                 ", %luK highmem"
6642 #endif
6643                 "%s%s)\n",
6644                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6645                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6646                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6647                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6648                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6649                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6650 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6651                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6652 #endif
6653                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6654 }
6655
6656 /**
6657  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6658  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6659  *
6660  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6661  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6662  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6663  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6664  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6665  * smaller per-cpu batchsize.
6666  */
6667 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6668 {
6669         dma_reserve = new_dma_reserve;
6670 }
6671
6672 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6673 {
6674         free_area_init_node(0, zones_size,
6675                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6676 }
6677
6678 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6679                                  unsigned long action, void *hcpu)
6680 {
6681         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6682
6683         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6684                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6685                 drain_pages(cpu);
6686
6687                 /*
6688                  * Spill the event counters of the dead processor
6689                  * into the current processors event counters.
6690                  * This artificially elevates the count of the current
6691                  * processor.
6692                  */
6693                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6694
6695                 /*
6696                  * Zero the differential counters of the dead processor
6697                  * so that the vm statistics are consistent.
6698                  *
6699                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6700                  * race with what we are doing.
6701                  */
6702                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6703         }
6704         return NOTIFY_OK;
6705 }
6706
6707 void __init page_alloc_init(void)
6708 {
6709         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6710 }
6711
6712 /*
6713  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6714  *      or min_free_kbytes changes.
6715  */
6716 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6717 {
6718         struct pglist_data *pgdat;
6719         unsigned long reserve_pages = 0;
6720         enum zone_type i, j;
6721
6722         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6723                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6724                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6725                         long max = 0;
6726
6727                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6728                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6729                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6730                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6731                         }
6732
6733                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6734                         max += high_wmark_pages(zone);
6735
6736                         if (max > zone->managed_pages)
6737                                 max = zone->managed_pages;
6738
6739                         zone->totalreserve_pages = max;
6740
6741                         reserve_pages += max;
6742                 }
6743         }
6744         totalreserve_pages = reserve_pages;
6745 }
6746
6747 /*
6748  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6749  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6750  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6751  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6752  */
6753 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6754 {
6755         struct pglist_data *pgdat;
6756         enum zone_type j, idx;
6757
6758         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6759                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6760                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6761                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6762
6763                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6764
6765                         idx = j;
6766                         while (idx) {
6767                                 struct zone *lower_zone;
6768
6769                                 idx--;
6770
6771                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6772                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6773
6774                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6775                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6776                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6777                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6778                         }
6779                 }
6780         }
6781
6782         /* update totalreserve_pages */
6783         calculate_totalreserve_pages();
6784 }
6785
6786 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6787 {
6788         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6789         unsigned long lowmem_pages = 0;
6790         struct zone *zone;
6791         unsigned long flags;
6792
6793         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6794         for_each_zone(zone) {
6795                 if (!is_highmem(zone))
6796                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6797         }
6798
6799         for_each_zone(zone) {
6800                 u64 tmp;
6801
6802                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6803                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6804                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6805                 if (is_highmem(zone)) {
6806                         /*
6807                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6808                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6809                          * value here.
6810                          *
6811                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6812                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6813                          * not be capped for highmem.
6814                          */
6815                         unsigned long min_pages;
6816
6817                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6818                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6819                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6820                 } else {
6821                         /*
6822                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6823                          * proportionate to the zone's size.
6824                          */
6825                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6826                 }
6827
6828                 /*
6829                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6830                  * scale factor in proportion to available memory, but
6831                  * ensure a minimum size on small systems.
6832                  */
6833                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6834                             mult_frac(zone->managed_pages,
6835                                       watermark_scale_factor, 10000));
6836
6837                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6838                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6839
6840                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6841                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6842                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6843
6844                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6845         }
6846
6847         /* update totalreserve_pages */
6848         calculate_totalreserve_pages();
6849 }
6850
6851 /**
6852  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6853  * or when memory is hot-{added|removed}
6854  *
6855  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6856  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6857  */
6858 void setup_per_zone_wmarks(void)
6859 {
6860         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6861         __setup_per_zone_wmarks();
6862         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6863 }
6864
6865 /*
6866  * Initialise min_free_kbytes.
6867  *
6868  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6869  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6870  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6871  *
6872  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6873  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6874  *
6875  * which yields
6876  *
6877  * 16MB:        512k
6878  * 32MB:        724k
6879  * 64MB:        1024k
6880  * 128MB:       1448k
6881  * 256MB:       2048k
6882  * 512MB:       2896k
6883  * 1024MB:      4096k
6884  * 2048MB:      5792k
6885  * 4096MB:      8192k
6886  * 8192MB:      11584k
6887  * 16384MB:     16384k
6888  */
6889 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6890 {
6891         unsigned long lowmem_kbytes;
6892         int new_min_free_kbytes;
6893
6894         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6895         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6896
6897         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6898                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6899                 if (min_free_kbytes < 128)
6900                         min_free_kbytes = 128;
6901                 if (min_free_kbytes > 65536)
6902                         min_free_kbytes = 65536;
6903         } else {
6904                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6905                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6906         }
6907         setup_per_zone_wmarks();
6908         refresh_zone_stat_thresholds();
6909         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6910         return 0;
6911 }
6912 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6913
6914 /*
6915  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6916  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6917  *      changes.
6918  */
6919 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6920         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6921 {
6922         int rc;
6923
6924         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6925         if (rc)
6926                 return rc;
6927
6928         if (write) {
6929                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6930                 setup_per_zone_wmarks();
6931         }
6932         return 0;
6933 }
6934
6935 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6936         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6937 {
6938         int rc;
6939
6940         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6941         if (rc)
6942                 return rc;
6943
6944         if (write)
6945                 setup_per_zone_wmarks();
6946
6947         return 0;
6948 }
6949
6950 #ifdef CONFIG_NUMA
6951 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6952         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6953 {
6954         struct zone *zone;
6955         int rc;
6956
6957         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6958         if (rc)
6959                 return rc;
6960
6961         for_each_zone(zone)
6962                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6963                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6964         return 0;
6965 }
6966
6967 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6968         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6969 {
6970         struct zone *zone;
6971         int rc;
6972
6973         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6974         if (rc)
6975                 return rc;
6976
6977         for_each_zone(zone)
6978                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6979                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6980         return 0;
6981 }
6982 #endif
6983
6984 /*
6985  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6986  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6987  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6988  *
6989  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6990  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6991  * if in function of the boot time zone sizes.
6992  */
6993 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6994         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6995 {
6996         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6997         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6998         return 0;
6999 }
7000
7001 /*
7002  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7003  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7004  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7005  */
7006 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7007         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7008 {
7009         struct zone *zone;
7010         int old_percpu_pagelist_fraction;
7011         int ret;
7012
7013         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7014         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7015
7016         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7017         if (!write || ret < 0)
7018                 goto out;
7019
7020         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7021         if (percpu_pagelist_fraction &&
7022             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7023                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7024                 ret = -EINVAL;
7025                 goto out;
7026         }
7027
7028         /* No change? */
7029         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7030                 goto out;
7031
7032         for_each_populated_zone(zone) {
7033                 unsigned int cpu;
7034
7035                 for_each_possible_cpu(cpu)
7036                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7037                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7038         }
7039 out:
7040         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7041         return ret;
7042 }
7043
7044 #ifdef CONFIG_NUMA
7045 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7046
7047 static int __init set_hashdist(char *str)
7048 {
7049         if (!str)
7050                 return 0;
7051         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7052         return 1;
7053 }
7054 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7055 #endif
7056
7057 /*
7058  * allocate a large system hash table from bootmem
7059  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7060  *   quantity of entries
7061  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7062  */
7063 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7064                                      unsigned long bucketsize,
7065                                      unsigned long numentries,
7066                                      int scale,
7067                                      int flags,
7068                                      unsigned int *_hash_shift,
7069                                      unsigned int *_hash_mask,
7070                                      unsigned long low_limit,
7071                                      unsigned long high_limit)
7072 {
7073         unsigned long long max = high_limit;
7074         unsigned long log2qty, size;
7075         void *table = NULL;
7076
7077         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7078         if (!numentries) {
7079                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7080                 numentries = nr_kernel_pages;
7081
7082                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7083                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7084                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7085
7086                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7087                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7088                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7089                 else
7090                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7091
7092                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7093                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7094                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7095                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7096                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7097                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7098                                 BUG_ON(!numentries);
7099                         }
7100                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7101                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7102         }
7103         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7104
7105         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7106         if (max == 0) {
7107                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7108                 do_div(max, bucketsize);
7109         }
7110         max = min(max, 0x80000000ULL);
7111
7112         if (numentries < low_limit)
7113                 numentries = low_limit;
7114         if (numentries > max)
7115                 numentries = max;
7116
7117         log2qty = ilog2(numentries);
7118
7119         do {
7120                 size = bucketsize << log2qty;
7121                 if (flags & HASH_EARLY)
7122                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7123                 else if (hashdist)
7124                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7125                 else {
7126                         /*
7127                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7128                          * some pages at the end of hash table which
7129                          * alloc_pages_exact() automatically does
7130                          */
7131                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7132                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7133                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7134                         }
7135                 }
7136         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7137
7138         if (!table)
7139                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7140
7141         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7142                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7143
7144         if (_hash_shift)
7145                 *_hash_shift = log2qty;
7146         if (_hash_mask)
7147                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7148
7149         return table;
7150 }
7151
7152 /*
7153  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7154  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7155  *
7156  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7157  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7158  * expect this function should be exact.
7159  */
7160 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7161                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7162 {
7163         unsigned long pfn, iter, found;
7164         int mt;
7165
7166         /*
7167          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7168          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7169          */
7170         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7171                 return false;
7172         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7173         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7174                 return false;
7175
7176         pfn = page_to_pfn(page);
7177         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7178                 unsigned long check = pfn + iter;
7179
7180                 if (!pfn_valid_within(check))
7181                         continue;
7182
7183                 page = pfn_to_page(check);
7184
7185                 /*
7186                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7187                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7188                  * handle each tail page individually in migration.
7189                  */
7190                 if (PageHuge(page)) {
7191                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7192                         continue;
7193                 }
7194
7195                 /*
7196                  * We can't use page_count without pin a page
7197                  * because another CPU can free compound page.
7198                  * This check already skips compound tails of THP
7199                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7200                  */
7201                 if (!page_ref_count(page)) {
7202                         if (PageBuddy(page))
7203                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7204                         continue;
7205                 }
7206
7207                 /*
7208                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7209                  * page_count() is not 0.
7210                  */
7211                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7212                         continue;
7213
7214                 if (!PageLRU(page))
7215                         found++;
7216                 /*
7217                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7218                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7219                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7220                  */
7221                 /*
7222                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7223                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7224                  *
7225                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7226                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7227                  * page at boot.
7228                  */
7229                 if (found > count)
7230                         return true;
7231         }
7232         return false;
7233 }
7234
7235 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7236 {
7237         struct zone *zone;
7238         unsigned long pfn;
7239
7240         /*
7241          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7242          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7243          * the zone but still within the section.
7244          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7245          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7246          */
7247         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7248                 return false;
7249
7250         zone = page_zone(page);
7251         pfn = page_to_pfn(page);
7252         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7253                 return false;
7254
7255         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7256 }
7257
7258 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7259
7260 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7261 {
7262         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7263                              pageblock_nr_pages) - 1);
7264 }
7265
7266 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7267 {
7268         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7269                                 pageblock_nr_pages));
7270 }
7271
7272 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7273 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7274                                         unsigned long start, unsigned long end)
7275 {
7276         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7277         unsigned long nr_reclaimed;
7278         unsigned long pfn = start;
7279         unsigned int tries = 0;
7280         int ret = 0;
7281
7282         migrate_prep();
7283
7284         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7285                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7286                         ret = -EINTR;
7287                         break;
7288                 }
7289
7290                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7291                         cc->nr_migratepages = 0;
7292                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7293                         if (!pfn) {
7294                                 ret = -EINTR;
7295                                 break;
7296                         }
7297                         tries = 0;
7298                 } else if (++tries == 5) {
7299                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7300                         break;
7301                 }
7302
7303                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7304                                                         &cc->migratepages);
7305                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7306
7307                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7308                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7309         }
7310         if (ret < 0) {
7311                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7312                 return ret;
7313         }
7314         return 0;
7315 }
7316
7317 /**
7318  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7319  * @start:      start PFN to allocate
7320  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7321  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7322  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7323  *                      in range must have the same migratetype and it must
7324  *                      be either of the two.
7325  *
7326  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7327  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7328  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7329  * pages fall in.
7330  *
7331  * The PFN range must belong to a single zone.
7332  *
7333  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7334  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7335  * need to be freed with free_contig_range().
7336  */
7337 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7338                        unsigned migratetype)
7339 {
7340         unsigned long outer_start, outer_end;
7341         unsigned int order;
7342         int ret = 0;
7343
7344         struct compact_control cc = {
7345                 .nr_migratepages = 0,
7346                 .order = -1,
7347                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7348                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7349                 .ignore_skip_hint = true,
7350         };
7351         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7352
7353         /*
7354          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7355          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7356          * have different sizes, and due to the way page allocator
7357          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7358          * that page allocator won't try to merge buddies from
7359          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7360          * other migration type.
7361          *
7362          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7363          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7364          * we are interested in).  This will put all the pages in
7365          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7366          *
7367          * When this is done, we take the pages in range from page
7368          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7369          * page allocator will never consider using them.
7370          *
7371          * This lets us mark the pageblocks back as
7372          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7373          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7374          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7375          */
7376
7377         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7378                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7379                                        false);
7380         if (ret)
7381                 return ret;
7382
7383         /*
7384          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7385          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7386          */
7387         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7388         if (ret && ret != -EBUSY)
7389                 goto done;
7390
7391         /*
7392          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7393          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7394          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7395          * What we are going to do is to allocate all pages from
7396          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7397          *
7398          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7399          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7400          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7401          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7402          * once this is done free the pages we are not interested in.
7403          *
7404          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7405          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7406          */
7407
7408         lru_add_drain_all();
7409         drain_all_pages(cc.zone);
7410
7411         order = 0;
7412         outer_start = start;
7413         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7414                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7415                         outer_start = start;
7416                         break;
7417                 }
7418                 outer_start &= ~0UL << order;
7419         }
7420
7421         if (outer_start != start) {
7422                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7423
7424                 /*
7425                  * outer_start page could be small order buddy page and
7426                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7427                  * in this case to report failed page properly
7428                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7429                  */
7430                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7431                         outer_start = start;
7432         }
7433
7434         /* Make sure the range is really isolated. */
7435         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7436                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7437                         __func__, outer_start, end);
7438                 ret = -EBUSY;
7439                 goto done;
7440         }
7441
7442         /* Grab isolated pages from freelists. */
7443         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7444         if (!outer_end) {
7445                 ret = -EBUSY;
7446                 goto done;
7447         }
7448
7449         /* Free head and tail (if any) */
7450         if (start != outer_start)
7451                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7452         if (end != outer_end)
7453                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7454
7455 done:
7456         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7457                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7458         return ret;
7459 }
7460
7461 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7462 {
7463         unsigned int count = 0;
7464
7465         for (; nr_pages--; pfn++) {
7466                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7467
7468                 count += page_count(page) != 1;
7469                 __free_page(page);
7470         }
7471         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7472 }
7473 #endif
7474
7475 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7476 /*
7477  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7478  * page high values need to be recalulated.
7479  */
7480 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7481 {
7482         unsigned cpu;
7483         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7484         for_each_possible_cpu(cpu)
7485                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7486                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7487         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7488 }
7489 #endif
7490
7491 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7492 {
7493         unsigned long flags;
7494         int cpu;
7495         struct per_cpu_pageset *pset;
7496
7497         /* avoid races with drain_pages()  */
7498         local_irq_save(flags);
7499         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7500                 for_each_online_cpu(cpu) {
7501                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7502                         drain_zonestat(zone, pset);
7503                 }
7504                 free_percpu(zone->pageset);
7505                 zone->pageset = &boot_pageset;
7506         }
7507         local_irq_restore(flags);
7508 }
7509
7510 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7511 /*
7512  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7513  * before calling this.
7514  */
7515 void
7516 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7517 {
7518         struct page *page;
7519         struct zone *zone;
7520         unsigned int order, i;
7521         unsigned long pfn;
7522         unsigned long flags;
7523         /* find the first valid pfn */
7524         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7525                 if (pfn_valid(pfn))
7526                         break;
7527         if (pfn == end_pfn)
7528                 return;
7529         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7530         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7531         pfn = start_pfn;
7532         while (pfn < end_pfn) {
7533                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7534                         pfn++;
7535                         continue;
7536                 }
7537                 page = pfn_to_page(pfn);
7538                 /*
7539                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7540                  * page_count() is not 0.
7541                  */
7542                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7543                         pfn++;
7544                         SetPageReserved(page);
7545                         continue;
7546                 }
7547
7548                 BUG_ON(page_count(page));
7549                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7550                 order = page_order(page);
7551 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7552                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7553                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7554 #endif
7555                 list_del(&page->lru);
7556                 rmv_page_order(page);
7557                 zone->free_area[order].nr_free--;
7558                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7559                         SetPageReserved((page+i));
7560                 pfn += (1 << order);
7561         }
7562         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7563 }
7564 #endif
7565
7566 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7567 {
7568         struct zone *zone = page_zone(page);
7569         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7570         unsigned long flags;
7571         unsigned int order;
7572
7573         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7574         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7575                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7576
7577                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7578                         break;
7579         }
7580         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7581
7582         return order < MAX_ORDER;
7583 }