Merge tag 'docs-4.12' of git://git.lwn.net/linux
[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 <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68
69 #include <asm/sections.h>
70 #include <asm/tlbflush.h>
71 #include <asm/div64.h>
72 #include "internal.h"
73
74 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
75 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
76 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
77
78 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
79 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
80 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
81 #endif
82
83 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
84 /*
85  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
86  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
87  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
88  * defined in <linux/topology.h>.
89  */
90 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
91 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
92 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
93 #endif
94
95 /* work_structs for global per-cpu drains */
96 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
97 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
98
99 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
100 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
101 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
102 #endif
103
104 /*
105  * Array of node states.
106  */
107 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
108         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
109         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
110 #ifndef CONFIG_NUMA
111         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
112 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
113         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
114 #endif
115 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
116         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
117 #endif
118         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
119 #endif  /* NUMA */
120 };
121 EXPORT_SYMBOL(node_states);
122
123 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
124 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
125
126 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
127 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
129
130 int percpu_pagelist_fraction;
131 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
132
133 /*
134  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
135  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
136  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
137  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
138  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
139  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
140  */
141 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
142 {
143         return page->index;
144 }
145
146 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
147 {
148         page->index = migratetype;
149 }
150
151 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
152 /*
153  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
154  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
155  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
156  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
157  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
158  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
159  */
160
161 static gfp_t saved_gfp_mask;
162
163 void pm_restore_gfp_mask(void)
164 {
165         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
166         if (saved_gfp_mask) {
167                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
168                 saved_gfp_mask = 0;
169         }
170 }
171
172 void pm_restrict_gfp_mask(void)
173 {
174         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
175         WARN_ON(saved_gfp_mask);
176         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
177         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
178 }
179
180 bool pm_suspended_storage(void)
181 {
182         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
183                 return false;
184         return true;
185 }
186 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
187
188 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
189 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
190 #endif
191
192 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
193
194 /*
195  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
196  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
197  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
198  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
199  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
200  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
201  *
202  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
203  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
204  */
205 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
206 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
207          256,
208 #endif
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
210          256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
213          32,
214 #endif
215          32,
216 };
217
218 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
219
220 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
222          "DMA",
223 #endif
224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
225          "DMA32",
226 #endif
227          "Normal",
228 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
229          "HighMem",
230 #endif
231          "Movable",
232 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
233          "Device",
234 #endif
235 };
236
237 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
238         "Unmovable",
239         "Movable",
240         "Reclaimable",
241         "HighAtomic",
242 #ifdef CONFIG_CMA
243         "CMA",
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
246         "Isolate",
247 #endif
248 };
249
250 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
251         NULL,
252         free_compound_page,
253 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
254         free_huge_page,
255 #endif
256 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
257         free_transhuge_page,
258 #endif
259 };
260
261 int min_free_kbytes = 1024;
262 int user_min_free_kbytes = -1;
263 int watermark_scale_factor = 10;
264
265 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
266 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
267 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
268
269 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
270 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
271 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
272 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
273 static unsigned long __initdata required_movablecore;
274 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
275 static bool mirrored_kernelcore;
276
277 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
278 int movable_zone;
279 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
280 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
281
282 #if MAX_NUMNODES > 1
283 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
284 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
285 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
286 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
287 #endif
288
289 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
290
291 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
292 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
293 {
294         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
295 }
296
297 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
298 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
299 {
300         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
301
302         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
303                 return true;
304
305         return false;
306 }
307
308 /*
309  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
310  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
311  */
312 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
313                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
314                                 unsigned long *nr_initialised)
315 {
316         unsigned long max_initialise;
317
318         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
319         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
320                 return true;
321         /*
322          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
323          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
324          */
325         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
326                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
327
328         (*nr_initialised)++;
329         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
330             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
331                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
332                 return false;
333         }
334
335         return true;
336 }
337 #else
338 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
339 {
340 }
341
342 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /*
526          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
527          * or allow a steady drip of one report per second.
528          */
529         if (nr_shown == 60) {
530                 if (time_before(jiffies, resume)) {
531                         nr_unshown++;
532                         goto out;
533                 }
534                 if (nr_unshown) {
535                         pr_alert(
536                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
537                                 nr_unshown);
538                         nr_unshown = 0;
539                 }
540                 nr_shown = 0;
541         }
542         if (nr_shown++ == 0)
543                 resume = jiffies + 60 * HZ;
544
545         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
546                 current->comm, page_to_pfn(page));
547         __dump_page(page, reason);
548         bad_flags &= page->flags;
549         if (bad_flags)
550                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
551                                                 bad_flags, &bad_flags);
552         dump_page_owner(page);
553
554         print_modules();
555         dump_stack();
556 out:
557         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
558         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
559         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
560 }
561
562 /*
563  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
564  *
565  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
566  *
567  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
568  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
569  *
570  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
571  * page destructors. See compound_page_dtors.
572  *
573  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
574  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
575  */
576
577 void free_compound_page(struct page *page)
578 {
579         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
580 }
581
582 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
583 {
584         int i;
585         int nr_pages = 1 << order;
586
587         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
588         set_compound_order(page, order);
589         __SetPageHead(page);
590         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
591                 struct page *p = page + i;
592                 set_page_count(p, 0);
593                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
594                 set_compound_head(p, page);
595         }
596         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
597 }
598
599 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
600 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
601 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
602                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
603 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
604 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
605
606 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
607 {
608         if (!buf)
609                 return -EINVAL;
610         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
611 }
612 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
613
614 static bool need_debug_guardpage(void)
615 {
616         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
617         if (!debug_pagealloc_enabled())
618                 return false;
619
620         if (!debug_guardpage_minorder())
621                 return false;
622
623         return true;
624 }
625
626 static void init_debug_guardpage(void)
627 {
628         if (!debug_pagealloc_enabled())
629                 return;
630
631         if (!debug_guardpage_minorder())
632                 return;
633
634         _debug_guardpage_enabled = true;
635 }
636
637 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
638         .need = need_debug_guardpage,
639         .init = init_debug_guardpage,
640 };
641
642 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
643 {
644         unsigned long res;
645
646         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
647                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
648                 return 0;
649         }
650         _debug_guardpage_minorder = res;
651         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
652         return 0;
653 }
654 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
655
656 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
657                                 unsigned int order, int migratetype)
658 {
659         struct page_ext *page_ext;
660
661         if (!debug_guardpage_enabled())
662                 return false;
663
664         if (order >= debug_guardpage_minorder())
665                 return false;
666
667         page_ext = lookup_page_ext(page);
668         if (unlikely(!page_ext))
669                 return false;
670
671         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
672
673         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
674         set_page_private(page, order);
675         /* Guard pages are not available for any usage */
676         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
677
678         return true;
679 }
680
681 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
682                                 unsigned int order, int migratetype)
683 {
684         struct page_ext *page_ext;
685
686         if (!debug_guardpage_enabled())
687                 return;
688
689         page_ext = lookup_page_ext(page);
690         if (unlikely(!page_ext))
691                 return;
692
693         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
694
695         set_page_private(page, 0);
696         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
697                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
698 }
699 #else
700 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
701 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
702                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
703 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
704                                 unsigned int order, int migratetype) {}
705 #endif
706
707 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
708 {
709         set_page_private(page, order);
710         __SetPageBuddy(page);
711 }
712
713 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
714 {
715         __ClearPageBuddy(page);
716         set_page_private(page, 0);
717 }
718
719 /*
720  * This function checks whether a page is free && is the buddy
721  * we can do coalesce a page and its buddy if
722  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
723  * (b) the buddy is in the buddy system &&
724  * (c) a page and its buddy have the same order &&
725  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
726  *
727  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
728  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
729  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
730  * serialized by zone->lock.
731  *
732  * For recording page's order, we use page_private(page).
733  */
734 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
735                                                         unsigned int order)
736 {
737         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
738                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
739                         return 0;
740
741                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
742
743                 return 1;
744         }
745
746         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
747                 /*
748                  * zone check is done late to avoid uselessly
749                  * calculating zone/node ids for pages that could
750                  * never merge.
751                  */
752                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
753                         return 0;
754
755                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
756
757                 return 1;
758         }
759         return 0;
760 }
761
762 /*
763  * Freeing function for a buddy system allocator.
764  *
765  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
766  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
767  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
768  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
769  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
770  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
771  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
772  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
773  * parts of the VM system.
774  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
775  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
776  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
777  * field.
778  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
779  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
780  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
781  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
782  * triggers coalescing into a block of larger size.
783  *
784  * -- nyc
785  */
786
787 static inline void __free_one_page(struct page *page,
788                 unsigned long pfn,
789                 struct zone *zone, unsigned int order,
790                 int migratetype)
791 {
792         unsigned long combined_pfn;
793         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
794         struct page *buddy;
795         unsigned int max_order;
796
797         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
798
799         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
800         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
801
802         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
803         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
804                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
805
806         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
807         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
808
809 continue_merging:
810         while (order < max_order - 1) {
811                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
812                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
813
814                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
815                         goto done_merging;
816                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
817                         goto done_merging;
818                 /*
819                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
820                  * merge with it and move up one order.
821                  */
822                 if (page_is_guard(buddy)) {
823                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
824                 } else {
825                         list_del(&buddy->lru);
826                         zone->free_area[order].nr_free--;
827                         rmv_page_order(buddy);
828                 }
829                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
830                 page = page + (combined_pfn - pfn);
831                 pfn = combined_pfn;
832                 order++;
833         }
834         if (max_order < MAX_ORDER) {
835                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
836                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
837                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
838                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
839                  *
840                  * We don't want to hit this code for the more frequent
841                  * low-order merging.
842                  */
843                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
844                         int buddy_mt;
845
846                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
847                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
848                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
849
850                         if (migratetype != buddy_mt
851                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
852                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
853                                 goto done_merging;
854                 }
855                 max_order++;
856                 goto continue_merging;
857         }
858
859 done_merging:
860         set_page_order(page, order);
861
862         /*
863          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
864          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
865          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
866          * that is happening, add the free page to the tail of the list
867          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
868          * as a higher order page
869          */
870         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
871                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
872                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
873                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
874                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
875                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
876                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
877                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
878                         list_add_tail(&page->lru,
879                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
880                         goto out;
881                 }
882         }
883
884         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
885 out:
886         zone->free_area[order].nr_free++;
887 }
888
889 /*
890  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
891  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
892  * check if necessary.
893  */
894 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
895                                         unsigned long check_flags)
896 {
897         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
898                 return false;
899
900         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
901                         page_ref_count(page) |
902 #ifdef CONFIG_MEMCG
903                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
904 #endif
905                         (page->flags & check_flags)))
906                 return false;
907
908         return true;
909 }
910
911 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
912 {
913         const char *bad_reason;
914         unsigned long bad_flags;
915
916         bad_reason = NULL;
917         bad_flags = 0;
918
919         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
920                 bad_reason = "nonzero mapcount";
921         if (unlikely(page->mapping != NULL))
922                 bad_reason = "non-NULL mapping";
923         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
924                 bad_reason = "nonzero _refcount";
925         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
926                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
927                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
928         }
929 #ifdef CONFIG_MEMCG
930         if (unlikely(page->mem_cgroup))
931                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
932 #endif
933         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
934 }
935
936 static inline int free_pages_check(struct page *page)
937 {
938         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
939                 return 0;
940
941         /* Something has gone sideways, find it */
942         free_pages_check_bad(page);
943         return 1;
944 }
945
946 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
947 {
948         int ret = 1;
949
950         /*
951          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
952          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
953          */
954         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
955
956         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
957                 ret = 0;
958                 goto out;
959         }
960         switch (page - head_page) {
961         case 1:
962                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
963                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
964                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
965                         goto out;
966                 }
967                 break;
968         case 2:
969                 /*
970                  * the second tail page: ->mapping is
971                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
972                  */
973                 break;
974         default:
975                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
976                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
977                         goto out;
978                 }
979                 break;
980         }
981         if (unlikely(!PageTail(page))) {
982                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
983                 goto out;
984         }
985         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
986                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
987                 goto out;
988         }
989         ret = 0;
990 out:
991         page->mapping = NULL;
992         clear_compound_head(page);
993         return ret;
994 }
995
996 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
997                                         unsigned int order, bool check_free)
998 {
999         int bad = 0;
1000
1001         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1002
1003         trace_mm_page_free(page, order);
1004         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1005
1006         /*
1007          * Check tail pages before head page information is cleared to
1008          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1009          */
1010         if (unlikely(order)) {
1011                 bool compound = PageCompound(page);
1012                 int i;
1013
1014                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1015
1016                 if (compound)
1017                         ClearPageDoubleMap(page);
1018                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1019                         if (compound)
1020                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1021                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1022                                 bad++;
1023                                 continue;
1024                         }
1025                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1026                 }
1027         }
1028         if (PageMappingFlags(page))
1029                 page->mapping = NULL;
1030         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1031                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1032         if (check_free)
1033                 bad += free_pages_check(page);
1034         if (bad)
1035                 return false;
1036
1037         page_cpupid_reset_last(page);
1038         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1039         reset_page_owner(page, order);
1040
1041         if (!PageHighMem(page)) {
1042                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1043                                            PAGE_SIZE << order);
1044                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1045                                            PAGE_SIZE << order);
1046         }
1047         arch_free_page(page, order);
1048         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1049         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kasan_free_pages(page, order);
1051
1052         return true;
1053 }
1054
1055 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1056 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1057 {
1058         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1059 }
1060
1061 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1062 {
1063         return false;
1064 }
1065 #else
1066 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1067 {
1068         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1069 }
1070
1071 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1072 {
1073         return free_pages_check(page);
1074 }
1075 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1076
1077 /*
1078  * Frees a number of pages from the PCP lists
1079  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1080  * count is the number of pages to free.
1081  *
1082  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1083  * see if this freeing clears that state.
1084  *
1085  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1086  * pinned" detection logic.
1087  */
1088 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1089                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1090 {
1091         int migratetype = 0;
1092         int batch_free = 0;
1093         unsigned long nr_scanned;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock(&zone->lock);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1099         if (nr_scanned)
1100                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1101
1102         while (count) {
1103                 struct page *page;
1104                 struct list_head *list;
1105
1106                 /*
1107                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1108                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1109                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1110                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1111                  * lists
1112                  */
1113                 do {
1114                         batch_free++;
1115                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1116                                 migratetype = 0;
1117                         list = &pcp->lists[migratetype];
1118                 } while (list_empty(list));
1119
1120                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1121                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1122                         batch_free = count;
1123
1124                 do {
1125                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1126
1127                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1128                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1129                         list_del(&page->lru);
1130
1131                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1132                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1133                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1134                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1135                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1136                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1137
1138                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1139                                 continue;
1140
1141                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1142                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1143                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1144         }
1145         spin_unlock(&zone->lock);
1146 }
1147
1148 static void free_one_page(struct zone *zone,
1149                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1150                                 unsigned int order,
1151                                 int migratetype)
1152 {
1153         unsigned long nr_scanned;
1154         spin_lock(&zone->lock);
1155         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1156         if (nr_scanned)
1157                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1158
1159         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1160                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1161                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1162         }
1163         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1164         spin_unlock(&zone->lock);
1165 }
1166
1167 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1168                                 unsigned long zone, int nid)
1169 {
1170         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1171         init_page_count(page);
1172         page_mapcount_reset(page);
1173         page_cpupid_reset_last(page);
1174
1175         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1176 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1177         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1178         if (!is_highmem_idx(zone))
1179                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1180 #endif
1181 }
1182
1183 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1184                                         int nid)
1185 {
1186         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1187 }
1188
1189 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1190 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1191 {
1192         pg_data_t *pgdat;
1193         int nid, zid;
1194
1195         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1196                 return;
1197
1198         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1199         pgdat = NODE_DATA(nid);
1200
1201         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1202                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1203
1204                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1205                         break;
1206         }
1207         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1208 }
1209 #else
1210 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1211 {
1212 }
1213 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1214
1215 /*
1216  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1217  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1218  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1219  * sent to the buddy page allocator.
1220  */
1221 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1222 {
1223         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1224         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1225
1226         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1227                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1228                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1229
1230                         init_reserved_page(start_pfn);
1231
1232                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1233                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1234
1235                         SetPageReserved(page);
1236                 }
1237         }
1238 }
1239
1240 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1241 {
1242         unsigned long flags;
1243         int migratetype;
1244         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1245
1246         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1247                 return;
1248
1249         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1250         local_irq_save(flags);
1251         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1252         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1253         local_irq_restore(flags);
1254 }
1255
1256 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1257 {
1258         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1259         struct page *p = page;
1260         unsigned int loop;
1261
1262         prefetchw(p);
1263         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1264                 prefetchw(p + 1);
1265                 __ClearPageReserved(p);
1266                 set_page_count(p, 0);
1267         }
1268         __ClearPageReserved(p);
1269         set_page_count(p, 0);
1270
1271         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1272         set_page_refcounted(page);
1273         __free_pages(page, order);
1274 }
1275
1276 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1277         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1278
1279 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1280
1281 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1282 {
1283         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1284         int nid;
1285
1286         spin_lock(&early_pfn_lock);
1287         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1288         if (nid < 0)
1289                 nid = first_online_node;
1290         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1291
1292         return nid;
1293 }
1294 #endif
1295
1296 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1297 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1298                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1299 {
1300         int nid;
1301
1302         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1303         if (nid >= 0 && nid != node)
1304                 return false;
1305         return true;
1306 }
1307
1308 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1309 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1310 {
1311         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1312 }
1313
1314 #else
1315
1316 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1317 {
1318         return true;
1319 }
1320 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1321                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1322 {
1323         return true;
1324 }
1325 #endif
1326
1327
1328 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1329                                                         unsigned int order)
1330 {
1331         if (early_page_uninitialised(pfn))
1332                 return;
1333         return __free_pages_boot_core(page, order);
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1338  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1339  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1340  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1341  * pageblocks.
1342  *
1343  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1344  *
1345  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1346  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1347  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1348  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1349  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1350  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1351  * page in a pageblock.
1352  */
1353 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1354                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1355 {
1356         struct page *start_page;
1357         struct page *end_page;
1358
1359         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1360         end_pfn--;
1361
1362         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1363                 return NULL;
1364
1365         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1366
1367         if (page_zone(start_page) != zone)
1368                 return NULL;
1369
1370         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1371
1372         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1373         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1374                 return NULL;
1375
1376         return start_page;
1377 }
1378
1379 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1380 {
1381         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1382         unsigned long block_end_pfn;
1383
1384         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1385         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1386                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1387                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1388
1389                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1390
1391                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1392                                              block_end_pfn, zone))
1393                         return;
1394         }
1395
1396         /* We confirm that there is no hole */
1397         zone->contiguous = true;
1398 }
1399
1400 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1401 {
1402         zone->contiguous = false;
1403 }
1404
1405 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1406 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1407                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1408 {
1409         int i;
1410
1411         if (!page)
1412                 return;
1413
1414         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1415         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1416             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1417                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1418                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1419                 return;
1420         }
1421
1422         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1423                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1424                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1425                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1426         }
1427 }
1428
1429 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1430 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1431 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1432
1433 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1434 {
1435         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1436                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1437 }
1438
1439 /* Initialise remaining memory on a node */
1440 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1441 {
1442         pg_data_t *pgdat = data;
1443         int nid = pgdat->node_id;
1444         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1445         unsigned long start = jiffies;
1446         unsigned long nr_pages = 0;
1447         unsigned long walk_start, walk_end;
1448         int i, zid;
1449         struct zone *zone;
1450         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1451         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1452
1453         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1454                 pgdat_init_report_one_done();
1455                 return 0;
1456         }
1457
1458         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1459         if (!cpumask_empty(cpumask))
1460                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1461
1462         /* Sanity check boundaries */
1463         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1464         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1465         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1466
1467         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1468         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1469                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1470                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1471                         break;
1472         }
1473
1474         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1475                 unsigned long pfn, end_pfn;
1476                 struct page *page = NULL;
1477                 struct page *free_base_page = NULL;
1478                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1479                 int nr_to_free = 0;
1480
1481                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1482                 pfn = first_init_pfn;
1483                 if (pfn < walk_start)
1484                         pfn = walk_start;
1485                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1486                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1487
1488                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1489                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1490                                 goto free_range;
1491
1492                         /*
1493                          * Ensure pfn_valid is checked every
1494                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1495                          */
1496                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1497                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1498                                         page = NULL;
1499                                         goto free_range;
1500                                 }
1501                         }
1502
1503                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1504                                 page = NULL;
1505                                 goto free_range;
1506                         }
1507
1508                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1509                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1510                                 page++;
1511                         } else {
1512                                 nr_pages += nr_to_free;
1513                                 deferred_free_range(free_base_page,
1514                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1515                                 free_base_page = NULL;
1516                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1517
1518                                 page = pfn_to_page(pfn);
1519                                 cond_resched();
1520                         }
1521
1522                         if (page->flags) {
1523                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1524                                 goto free_range;
1525                         }
1526
1527                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1528                         if (!free_base_page) {
1529                                 free_base_page = page;
1530                                 free_base_pfn = pfn;
1531                                 nr_to_free = 0;
1532                         }
1533                         nr_to_free++;
1534
1535                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1536                         continue;
1537 free_range:
1538                         /* Free the current block of pages to allocator */
1539                         nr_pages += nr_to_free;
1540                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1541                                                                 nr_to_free);
1542                         free_base_page = NULL;
1543                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1544                 }
1545                 /* Free the last block of pages to allocator */
1546                 nr_pages += nr_to_free;
1547                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1548
1549                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1550         }
1551
1552         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1553         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1554
1555         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1556                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1557
1558         pgdat_init_report_one_done();
1559         return 0;
1560 }
1561 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1562
1563 void __init page_alloc_init_late(void)
1564 {
1565         struct zone *zone;
1566
1567 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1568         int nid;
1569
1570         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1571         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1572         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1573                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1574         }
1575
1576         /* Block until all are initialised */
1577         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1578
1579         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1580         files_maxfiles_init();
1581 #endif
1582
1583         for_each_populated_zone(zone)
1584                 set_zone_contiguous(zone);
1585 }
1586
1587 #ifdef CONFIG_CMA
1588 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1589 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1590 {
1591         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1592         struct page *p = page;
1593
1594         do {
1595                 __ClearPageReserved(p);
1596                 set_page_count(p, 0);
1597         } while (++p, --i);
1598
1599         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1600
1601         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1602                 i = pageblock_nr_pages;
1603                 p = page;
1604                 do {
1605                         set_page_refcounted(p);
1606                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1607                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1608                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1609         } else {
1610                 set_page_refcounted(page);
1611                 __free_pages(page, pageblock_order);
1612         }
1613
1614         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1615 }
1616 #endif
1617
1618 /*
1619  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1620  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1621  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1622  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1623  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1624  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1625  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1626  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1627  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1628  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1629  *
1630  * -- nyc
1631  */
1632 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1633         int low, int high, struct free_area *area,
1634         int migratetype)
1635 {
1636         unsigned long size = 1 << high;
1637
1638         while (high > low) {
1639                 area--;
1640                 high--;
1641                 size >>= 1;
1642                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1643
1644                 /*
1645                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1646                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1647                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1648                  * pages will stay not present in virtual address space
1649                  */
1650                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1651                         continue;
1652
1653                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1654                 area->nr_free++;
1655                 set_page_order(&page[size], high);
1656         }
1657 }
1658
1659 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1660 {
1661         const char *bad_reason = NULL;
1662         unsigned long bad_flags = 0;
1663
1664         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1665                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1666         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1667                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1668         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1669                 bad_reason = "nonzero _count";
1670         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1671                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1672                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1673                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1674                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1675                 return;
1676         }
1677         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1678                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1679                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1680         }
1681 #ifdef CONFIG_MEMCG
1682         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1683                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1684 #endif
1685         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1686 }
1687
1688 /*
1689  * This page is about to be returned from the page allocator
1690  */
1691 static inline int check_new_page(struct page *page)
1692 {
1693         if (likely(page_expected_state(page,
1694                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1695                 return 0;
1696
1697         check_new_page_bad(page);
1698         return 1;
1699 }
1700
1701 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1702 {
1703         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1704                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1705 }
1706
1707 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1708 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1709 {
1710         return false;
1711 }
1712
1713 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1714 {
1715         return check_new_page(page);
1716 }
1717 #else
1718 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1719 {
1720         return check_new_page(page);
1721 }
1722 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1723 {
1724         return false;
1725 }
1726 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1727
1728 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1729 {
1730         int i;
1731         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1732                 struct page *p = page + i;
1733
1734                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1735                         return true;
1736         }
1737
1738         return false;
1739 }
1740
1741 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1742                                 gfp_t gfp_flags)
1743 {
1744         set_page_private(page, 0);
1745         set_page_refcounted(page);
1746
1747         arch_alloc_page(page, order);
1748         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1749         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1750         kasan_alloc_pages(page, order);
1751         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1752 }
1753
1754 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1755                                                         unsigned int alloc_flags)
1756 {
1757         int i;
1758         bool poisoned = true;
1759
1760         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1761                 struct page *p = page + i;
1762                 if (poisoned)
1763                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1764         }
1765
1766         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1767
1768         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1769                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1770                         clear_highpage(page + i);
1771
1772         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1773                 prep_compound_page(page, order);
1774
1775         /*
1776          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1777          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1778          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1779          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1780          */
1781         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1782                 set_page_pfmemalloc(page);
1783         else
1784                 clear_page_pfmemalloc(page);
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1789  * the smallest available page from the freelists
1790  */
1791 static inline
1792 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1793                                                 int migratetype)
1794 {
1795         unsigned int current_order;
1796         struct free_area *area;
1797         struct page *page;
1798
1799         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1800         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1801                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1802                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1803                                                         struct page, lru);
1804                 if (!page)
1805                         continue;
1806                 list_del(&page->lru);
1807                 rmv_page_order(page);
1808                 area->nr_free--;
1809                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1810                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1811                 return page;
1812         }
1813
1814         return NULL;
1815 }
1816
1817
1818 /*
1819  * This array describes the order lists are fallen back to when
1820  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1821  */
1822 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1823         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1824         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1825         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1826 #ifdef CONFIG_CMA
1827         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1828 #endif
1829 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1830         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1831 #endif
1832 };
1833
1834 #ifdef CONFIG_CMA
1835 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1836                                         unsigned int order)
1837 {
1838         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1839 }
1840 #else
1841 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1842                                         unsigned int order) { return NULL; }
1843 #endif
1844
1845 /*
1846  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1847  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1848  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1849  */
1850 int move_freepages(struct zone *zone,
1851                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1852                           int migratetype)
1853 {
1854         struct page *page;
1855         unsigned int order;
1856         int pages_moved = 0;
1857
1858 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1859         /*
1860          * page_zone is not safe to call in this context when
1861          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1862          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1863          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1864          * grouping pages by mobility
1865          */
1866         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1867 #endif
1868
1869         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1870                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1876                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1877
1878                 if (!PageBuddy(page)) {
1879                         page++;
1880                         continue;
1881                 }
1882
1883                 order = page_order(page);
1884                 list_move(&page->lru,
1885                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1886                 page += 1 << order;
1887                 pages_moved += 1 << order;
1888         }
1889
1890         return pages_moved;
1891 }
1892
1893 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1894                                 int migratetype)
1895 {
1896         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1897         struct page *start_page, *end_page;
1898
1899         start_pfn = page_to_pfn(page);
1900         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1901         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1902         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1903         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1904
1905         /* Do not cross zone boundaries */
1906         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1907                 start_page = page;
1908         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1909                 return 0;
1910
1911         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1912 }
1913
1914 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1915                                         int start_order, int migratetype)
1916 {
1917         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1918
1919         while (nr_pageblocks--) {
1920                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1921                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1922         }
1923 }
1924
1925 /*
1926  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1927  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1928  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1929  *
1930  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1931  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1932  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1933  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1934  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1935  * pageblocks.
1936  */
1937 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1938 {
1939         /*
1940          * Leaving this order check is intended, although there is
1941          * relaxed order check in next check. The reason is that
1942          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1943          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1944          * so could be changed anytime.
1945          */
1946         if (order >= pageblock_order)
1947                 return true;
1948
1949         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1950                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1951                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1952                 page_group_by_mobility_disabled)
1953                 return true;
1954
1955         return false;
1956 }
1957
1958 /*
1959  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1960  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1961  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1962  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1963  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1964  */
1965 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1966                                                           int start_type)
1967 {
1968         unsigned int current_order = page_order(page);
1969         int pages;
1970
1971         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1972         if (current_order >= pageblock_order) {
1973                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1974                 return;
1975         }
1976
1977         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1978
1979         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1980         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1981                         page_group_by_mobility_disabled)
1982                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1983 }
1984
1985 /*
1986  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1987  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1988  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1989  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1990  */
1991 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1992                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1993 {
1994         int i;
1995         int fallback_mt;
1996
1997         if (area->nr_free == 0)
1998                 return -1;
1999
2000         *can_steal = false;
2001         for (i = 0;; i++) {
2002                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2003                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2004                         break;
2005
2006                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2007                         continue;
2008
2009                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2010                         *can_steal = true;
2011
2012                 if (!only_stealable)
2013                         return fallback_mt;
2014
2015                 if (*can_steal)
2016                         return fallback_mt;
2017         }
2018
2019         return -1;
2020 }
2021
2022 /*
2023  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2024  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2025  */
2026 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2027                                 unsigned int alloc_order)
2028 {
2029         int mt;
2030         unsigned long max_managed, flags;
2031
2032         /*
2033          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2034          * Check is race-prone but harmless.
2035          */
2036         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2037         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2038                 return;
2039
2040         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2041
2042         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2043         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2044                 goto out_unlock;
2045
2046         /* Yoink! */
2047         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2048         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2049                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2050                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2051                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2052                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2053         }
2054
2055 out_unlock:
2056         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2057 }
2058
2059 /*
2060  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2061  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2062  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2063  * to recover from than an OOM.
2064  *
2065  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2066  * pageblock is exhausted.
2067  */
2068 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2069                                                 bool force)
2070 {
2071         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2072         unsigned long flags;
2073         struct zoneref *z;
2074         struct zone *zone;
2075         struct page *page;
2076         int order;
2077         bool ret;
2078
2079         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2080                                                                 ac->nodemask) {
2081                 /*
2082                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2083                  * is really high.
2084                  */
2085                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2086                                         pageblock_nr_pages)
2087                         continue;
2088
2089                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2090                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2091                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2092
2093                         page = list_first_entry_or_null(
2094                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2095                                         struct page, lru);
2096                         if (!page)
2097                                 continue;
2098
2099                         /*
2100                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2101                          * we can counter several free pages in a pageblock
2102                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2103                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2104                          * adjust the count once.
2105                          */
2106                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
2107                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
2108                                 /*
2109                                  * It should never happen but changes to
2110                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2111                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2112                                  * while unreserving so be safe and watch for
2113                                  * underflows.
2114                                  */
2115                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2116                                                 pageblock_nr_pages,
2117                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2118                         }
2119
2120                         /*
2121                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2122                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2123                          * is doing the work and needs the pages. More
2124                          * importantly, if the block was always converted to
2125                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2126                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2127                          * may increase.
2128                          */
2129                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2130                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2131                         if (ret) {
2132                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2133                                 return ret;
2134                         }
2135                 }
2136                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2137         }
2138
2139         return false;
2140 }
2141
2142 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2143 static inline struct page *
2144 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2145 {
2146         struct free_area *area;
2147         unsigned int current_order;
2148         struct page *page;
2149         int fallback_mt;
2150         bool can_steal;
2151
2152         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2153         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2154                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2155                                 --current_order) {
2156                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2157                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2158                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2159                 if (fallback_mt == -1)
2160                         continue;
2161
2162                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2163                                                 struct page, lru);
2164                 if (can_steal &&
2165                         get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2166                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2167
2168                 /* Remove the page from the freelists */
2169                 area->nr_free--;
2170                 list_del(&page->lru);
2171                 rmv_page_order(page);
2172
2173                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2174                                         start_migratetype);
2175                 /*
2176                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2177                  * migratetype depending on the decisions in
2178                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2179                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2180                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2181                  */
2182                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2183
2184                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2185                         start_migratetype, fallback_mt);
2186
2187                 return page;
2188         }
2189
2190         return NULL;
2191 }
2192
2193 /*
2194  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2195  * Call me with the zone->lock already held.
2196  */
2197 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2198                                 int migratetype)
2199 {
2200         struct page *page;
2201
2202         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2203         if (unlikely(!page)) {
2204                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2205                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2206
2207                 if (!page)
2208                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2209         }
2210
2211         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2212         return page;
2213 }
2214
2215 /*
2216  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2217  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2218  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2219  */
2220 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2221                         unsigned long count, struct list_head *list,
2222                         int migratetype, bool cold)
2223 {
2224         int i, alloced = 0;
2225
2226         spin_lock(&zone->lock);
2227         for (i = 0; i < count; ++i) {
2228                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2229                 if (unlikely(page == NULL))
2230                         break;
2231
2232                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2233                         continue;
2234
2235                 /*
2236                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2237                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2238                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2239                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2240                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2241                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2242                  * properly.
2243                  */
2244                 if (likely(!cold))
2245                         list_add(&page->lru, list);
2246                 else
2247                         list_add_tail(&page->lru, list);
2248                 list = &page->lru;
2249                 alloced++;
2250                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2251                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2252                                               -(1 << order));
2253         }
2254
2255         /*
2256          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2257          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2258          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2259          * pages added to the pcp list.
2260          */
2261         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2262         spin_unlock(&zone->lock);
2263         return alloced;
2264 }
2265
2266 #ifdef CONFIG_NUMA
2267 /*
2268  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2269  * currently executing processor on remote nodes after they have
2270  * expired.
2271  *
2272  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2273  * a single processor.
2274  */
2275 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2276 {
2277         unsigned long flags;
2278         int to_drain, batch;
2279
2280         local_irq_save(flags);
2281         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2282         to_drain = min(pcp->count, batch);
2283         if (to_drain > 0) {
2284                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2285                 pcp->count -= to_drain;
2286         }
2287         local_irq_restore(flags);
2288 }
2289 #endif
2290
2291 /*
2292  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2293  *
2294  * The processor must either be the current processor and the
2295  * thread pinned to the current processor or a processor that
2296  * is not online.
2297  */
2298 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2299 {
2300         unsigned long flags;
2301         struct per_cpu_pageset *pset;
2302         struct per_cpu_pages *pcp;
2303
2304         local_irq_save(flags);
2305         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2306
2307         pcp = &pset->pcp;
2308         if (pcp->count) {
2309                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2310                 pcp->count = 0;
2311         }
2312         local_irq_restore(flags);
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2317  *
2318  * The processor must either be the current processor and the
2319  * thread pinned to the current processor or a processor that
2320  * is not online.
2321  */
2322 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2323 {
2324         struct zone *zone;
2325
2326         for_each_populated_zone(zone) {
2327                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2328         }
2329 }
2330
2331 /*
2332  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2333  *
2334  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2335  * the single zone's pages.
2336  */
2337 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2338 {
2339         int cpu = smp_processor_id();
2340
2341         if (zone)
2342                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2343         else
2344                 drain_pages(cpu);
2345 }
2346
2347 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2348 {
2349         /*
2350          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2351          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2352          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2353          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2354          * a different one.
2355          */
2356         preempt_disable();
2357         drain_local_pages(NULL);
2358         preempt_enable();
2359 }
2360
2361 /*
2362  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2363  *
2364  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2365  *
2366  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2367  */
2368 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2369 {
2370         int cpu;
2371
2372         /*
2373          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2374          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2375          */
2376         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2377
2378         /*
2379          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2380          * initialized.
2381          */
2382         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2383                 return;
2384
2385         /* Workqueues cannot recurse */
2386         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2387                 return;
2388
2389         /*
2390          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2391          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2392          * the drain to be complete when the call returns.
2393          */
2394         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2395                 if (!zone)
2396                         return;
2397                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2398         }
2399
2400         /*
2401          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2402          * as offline notification will cause the notified
2403          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2404          * disables preemption as part of its processing
2405          */
2406         for_each_online_cpu(cpu) {
2407                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2408                 struct zone *z;
2409                 bool has_pcps = false;
2410
2411                 if (zone) {
2412                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2413                         if (pcp->pcp.count)
2414                                 has_pcps = true;
2415                 } else {
2416                         for_each_populated_zone(z) {
2417                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2418                                 if (pcp->pcp.count) {
2419                                         has_pcps = true;
2420                                         break;
2421                                 }
2422                         }
2423                 }
2424
2425                 if (has_pcps)
2426                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2427                 else
2428                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2429         }
2430
2431         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2432                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2433                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2434                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2435         }
2436         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2437                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2438
2439         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2440 }
2441
2442 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2443
2444 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2445 {
2446         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2447         unsigned long flags;
2448         unsigned int order, t;
2449         struct page *page;
2450
2451         if (zone_is_empty(zone))
2452                 return;
2453
2454         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2455
2456         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2457         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2458                 if (pfn_valid(pfn)) {
2459                         page = pfn_to_page(pfn);
2460
2461                         if (page_zone(page) != zone)
2462                                 continue;
2463
2464                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2465                                 swsusp_unset_page_free(page);
2466                 }
2467
2468         for_each_migratetype_order(order, t) {
2469                 list_for_each_entry(page,
2470                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2471                         unsigned long i;
2472
2473                         pfn = page_to_pfn(page);
2474                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2475                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2476                 }
2477         }
2478         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2479 }
2480 #endif /* CONFIG_PM */
2481
2482 /*
2483  * Free a 0-order page
2484  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2485  */
2486 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2487 {
2488         struct zone *zone = page_zone(page);
2489         struct per_cpu_pages *pcp;
2490         unsigned long flags;
2491         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2492         int migratetype;
2493
2494         if (!free_pcp_prepare(page))
2495                 return;
2496
2497         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2498         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2499         local_irq_save(flags);
2500         __count_vm_event(PGFREE);
2501
2502         /*
2503          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2504          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2505          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2506          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2507          * excessively into the page allocator
2508          */
2509         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2510                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2511                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2512                         goto out;
2513                 }
2514                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2515         }
2516
2517         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2518         if (!cold)
2519                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2520         else
2521                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2522         pcp->count++;
2523         if (pcp->count >= pcp->high) {
2524                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2525                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2526                 pcp->count -= batch;
2527         }
2528
2529 out:
2530         local_irq_restore(flags);
2531 }
2532
2533 /*
2534  * Free a list of 0-order pages
2535  */
2536 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2537 {
2538         struct page *page, *next;
2539
2540         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2541                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2542                 free_hot_cold_page(page, cold);
2543         }
2544 }
2545
2546 /*
2547  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2548  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2549  * Each sub-page must be freed individually.
2550  *
2551  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2552  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2553  */
2554 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2555 {
2556         int i;
2557
2558         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2559         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2560
2561 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2562         /*
2563          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2564          * otherwise free the whole shadow.
2565          */
2566         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2567                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2568 #endif
2569
2570         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2571                 set_page_refcounted(page + i);
2572         split_page_owner(page, order);
2573 }
2574 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2575
2576 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2577 {
2578         unsigned long watermark;
2579         struct zone *zone;
2580         int mt;
2581
2582         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2583
2584         zone = page_zone(page);
2585         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2586
2587         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2588                 /*
2589                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2590                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2591                  * watermark, because we already know our high-order page
2592                  * exists.
2593                  */
2594                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2595                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2596                         return 0;
2597
2598                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2599         }
2600
2601         /* Remove page from free list */
2602         list_del(&page->lru);
2603         zone->free_area[order].nr_free--;
2604         rmv_page_order(page);
2605
2606         /*
2607          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2608          * pageblock
2609          */
2610         if (order >= pageblock_order - 1) {
2611                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2612                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2613                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2614                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2615                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2616                                 set_pageblock_migratetype(page,
2617                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2618                 }
2619         }
2620
2621
2622         return 1UL << order;
2623 }
2624
2625 /*
2626  * Update NUMA hit/miss statistics
2627  *
2628  * Must be called with interrupts disabled.
2629  */
2630 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2631 {
2632 #ifdef CONFIG_NUMA
2633         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2634
2635         if (z->node != numa_node_id())
2636                 local_stat = NUMA_OTHER;
2637
2638         if (z->node == preferred_zone->node)
2639                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2640         else {
2641                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2642                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2643         }
2644         __inc_zone_state(z, local_stat);
2645 #endif
2646 }
2647
2648 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2649 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2650                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2651                         struct list_head *list)
2652 {
2653         struct page *page;
2654
2655         do {
2656                 if (list_empty(list)) {
2657                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2658                                         pcp->batch, list,
2659                                         migratetype, cold);
2660                         if (unlikely(list_empty(list)))
2661                                 return NULL;
2662                 }
2663
2664                 if (cold)
2665                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2666                 else
2667                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2668
2669                 list_del(&page->lru);
2670                 pcp->count--;
2671         } while (check_new_pcp(page));
2672
2673         return page;
2674 }
2675
2676 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2677 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2678                         struct zone *zone, unsigned int order,
2679                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2680 {
2681         struct per_cpu_pages *pcp;
2682         struct list_head *list;
2683         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2684         struct page *page;
2685         unsigned long flags;
2686
2687         local_irq_save(flags);
2688         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2689         list = &pcp->lists[migratetype];
2690         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2691         if (page) {
2692                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2693                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2694         }
2695         local_irq_restore(flags);
2696         return page;
2697 }
2698
2699 /*
2700  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2701  */
2702 static inline
2703 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2704                         struct zone *zone, unsigned int order,
2705                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2706                         int migratetype)
2707 {
2708         unsigned long flags;
2709         struct page *page;
2710
2711         if (likely(order == 0)) {
2712                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2713                                 gfp_flags, migratetype);
2714                 goto out;
2715         }
2716
2717         /*
2718          * We most definitely don't want callers attempting to
2719          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2720          */
2721         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2722         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2723
2724         do {
2725                 page = NULL;
2726                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2727                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2728                         if (page)
2729                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2730                 }
2731                 if (!page)
2732                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2733         } while (page && check_new_pages(page, order));
2734         spin_unlock(&zone->lock);
2735         if (!page)
2736                 goto failed;
2737         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2738                                   get_pcppage_migratetype(page));
2739
2740         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2741         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2742         local_irq_restore(flags);
2743
2744 out:
2745         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2746         return page;
2747
2748 failed:
2749         local_irq_restore(flags);
2750         return NULL;
2751 }
2752
2753 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2754
2755 static struct {
2756         struct fault_attr attr;
2757
2758         bool ignore_gfp_highmem;
2759         bool ignore_gfp_reclaim;
2760         u32 min_order;
2761 } fail_page_alloc = {
2762         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2763         .ignore_gfp_reclaim = true,
2764         .ignore_gfp_highmem = true,
2765         .min_order = 1,
2766 };
2767
2768 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2769 {
2770         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2771 }
2772 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2773
2774 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2775 {
2776         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2777                 return false;
2778         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2779                 return false;
2780         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2781                 return false;
2782         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2783                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2784                 return false;
2785
2786         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2787 }
2788
2789 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2790
2791 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2792 {
2793         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2794         struct dentry *dir;
2795
2796         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2797                                         &fail_page_alloc.attr);
2798         if (IS_ERR(dir))
2799                 return PTR_ERR(dir);
2800
2801         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2802                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2803                 goto fail;
2804         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2805                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2806                 goto fail;
2807         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2808                                 &fail_page_alloc.min_order))
2809                 goto fail;
2810
2811         return 0;
2812 fail:
2813         debugfs_remove_recursive(dir);
2814
2815         return -ENOMEM;
2816 }
2817
2818 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2819
2820 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2821
2822 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2823
2824 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2825 {
2826         return false;
2827 }
2828
2829 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2830
2831 /*
2832  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2833  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2834  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2835  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2836  */
2837 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2838                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2839                          long free_pages)
2840 {
2841         long min = mark;
2842         int o;
2843         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2844
2845         /* free_pages may go negative - that's OK */
2846         free_pages -= (1 << order) - 1;
2847
2848         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2849                 min -= min / 2;
2850
2851         /*
2852          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2853          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2854          * atomic reserve but it avoids a search.
2855          */
2856         if (likely(!alloc_harder))
2857                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2858         else
2859                 min -= min / 4;
2860
2861 #ifdef CONFIG_CMA
2862         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2863         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2864                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2865 #endif
2866
2867         /*
2868          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2869          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2870          * even if a suitable page happened to be free.
2871          */
2872         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2873                 return false;
2874
2875         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2876         if (!order)
2877                 return true;
2878
2879         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2880         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2881                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2882                 int mt;
2883
2884                 if (!area->nr_free)
2885                         continue;
2886
2887                 if (alloc_harder)
2888                         return true;
2889
2890                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2891                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2892                                 return true;
2893                 }
2894
2895 #ifdef CONFIG_CMA
2896                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2897                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2898                         return true;
2899                 }
2900 #endif
2901         }
2902         return false;
2903 }
2904
2905 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2906                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2907 {
2908         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2909                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2910 }
2911
2912 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2913                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2914 {
2915         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2916         long cma_pages = 0;
2917
2918 #ifdef CONFIG_CMA
2919         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2920         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2921                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2922 #endif
2923
2924         /*
2925          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2926          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2927          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2928          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2929          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2930          */
2931         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2932                 return true;
2933
2934         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2935                                         free_pages);
2936 }
2937
2938 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2939                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2940 {
2941         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2942
2943         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2944                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2945
2946         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2947                                                                 free_pages);
2948 }
2949
2950 #ifdef CONFIG_NUMA
2951 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2952 {
2953         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2954                                 RECLAIM_DISTANCE;
2955 }
2956 #else   /* CONFIG_NUMA */
2957 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2958 {
2959         return true;
2960 }
2961 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2962
2963 /*
2964  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2965  * a page.
2966  */
2967 static struct page *
2968 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2969                                                 const struct alloc_context *ac)
2970 {
2971         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2972         struct zone *zone;
2973         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2974
2975         /*
2976          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2977          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2978          */
2979         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2980                                                                 ac->nodemask) {
2981                 struct page *page;
2982                 unsigned long mark;
2983
2984                 if (cpusets_enabled() &&
2985                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2986                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2987                                 continue;
2988                 /*
2989                  * When allocating a page cache page for writing, we
2990                  * want to get it from a node that is within its dirty
2991                  * limit, such that no single node holds more than its
2992                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2993                  * The dirty limits take into account the node's
2994                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2995                  * should be able to balance it without having to
2996                  * write pages from its LRU list.
2997                  *
2998                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2999                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3000                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3001                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3002                  * nodes are together not big enough to reach the
3003                  * global limit.  The proper fix for these situations
3004                  * will require awareness of nodes in the
3005                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3006                  */
3007                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3008                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3009                                 continue;
3010
3011                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3012                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3013                                 continue;
3014                         }
3015                 }
3016
3017                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3018                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3019                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3020                         int ret;
3021
3022                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3023                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3024                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3025                                 goto try_this_zone;
3026
3027                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3028                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3029                                 continue;
3030
3031                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3032                         switch (ret) {
3033                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3034                                 /* did not scan */
3035                                 continue;
3036                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3037                                 /* scanned but unreclaimable */
3038                                 continue;
3039                         default:
3040                                 /* did we reclaim enough */
3041                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3042                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3043                                         goto try_this_zone;
3044
3045                                 continue;
3046                         }
3047                 }
3048
3049 try_this_zone:
3050                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3051                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3052                 if (page) {
3053                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3054
3055                         /*
3056                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3057                          * if the pageblock should be reserved for the future
3058                          */
3059                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3060                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3061
3062                         return page;
3063                 }
3064         }
3065
3066         return NULL;
3067 }
3068
3069 /*
3070  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3071  * meminfo in irq context.
3072  */
3073 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3074 {
3075         bool ret = false;
3076
3077 #if NODES_SHIFT > 8
3078         ret = in_interrupt();
3079 #endif
3080         return ret;
3081 }
3082
3083 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3084 {
3085         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3086         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3087
3088         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3089                 return;
3090
3091         /*
3092          * This documents exceptions given to allocations in certain
3093          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3094          * of allowed nodes.
3095          */
3096         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3097                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3098                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3099                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3100         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3101                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3102
3103         show_mem(filter, nodemask);
3104 }
3105
3106 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3107 {
3108         struct va_format vaf;
3109         va_list args;
3110         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3111                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3112
3113         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3114             debug_guardpage_minorder() > 0)
3115                 return;
3116
3117         pr_warn("%s: ", current->comm);
3118
3119         va_start(args, fmt);
3120         vaf.fmt = fmt;
3121         vaf.va = &args;
3122         pr_cont("%pV", &vaf);
3123         va_end(args);
3124
3125         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3126         if (nodemask)
3127                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3128         else
3129                 pr_cont("(null)\n");
3130
3131         cpuset_print_current_mems_allowed();
3132
3133         dump_stack();
3134         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3135 }
3136
3137 static inline struct page *
3138 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3139                               unsigned int alloc_flags,
3140                               const struct alloc_context *ac)
3141 {
3142         struct page *page;
3143
3144         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3145                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3146         /*
3147          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3148          * are depleted
3149          */
3150         if (!page)
3151                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3152                                 alloc_flags, ac);
3153
3154         return page;
3155 }
3156
3157 static inline struct page *
3158 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3159         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3160 {
3161         struct oom_control oc = {
3162                 .zonelist = ac->zonelist,
3163                 .nodemask = ac->nodemask,
3164                 .memcg = NULL,
3165                 .gfp_mask = gfp_mask,
3166                 .order = order,
3167         };
3168         struct page *page;
3169
3170         *did_some_progress = 0;
3171
3172         /*
3173          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3174          * making progress for us.
3175          */
3176         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3177                 *did_some_progress = 1;
3178                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3179                 return NULL;
3180         }
3181
3182         /*
3183          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3184          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3185          * we're still under heavy pressure.
3186          */
3187         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3188                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3189         if (page)
3190                 goto out;
3191
3192         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3193         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3194                 goto out;
3195         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3196         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3197                 goto out;
3198         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3199         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3200                 goto out;
3201         if (pm_suspended_storage())
3202                 goto out;
3203         /*
3204          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3205          * other request to make a forward progress.
3206          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3207          * do much for this context but let's try it to at least get
3208          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3209          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3210          * failures more gracefully we should just bail out here.
3211          */
3212
3213         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3214         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3215                 goto out;
3216
3217         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3218         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3219                 *did_some_progress = 1;
3220
3221                 /*
3222                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3223                  * reserves
3224                  */
3225                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3226                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3227                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3228         }
3229 out:
3230         mutex_unlock(&oom_lock);
3231         return page;
3232 }
3233
3234 /*
3235  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3236  * killer is consider as the only way to move forward.
3237  */
3238 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3239
3240 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3241 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3242 static struct page *
3243 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3244                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3245                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3246 {
3247         struct page *page;
3248
3249         if (!order)
3250                 return NULL;
3251
3252         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3253         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3254                                                                         prio);
3255         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3256
3257         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3258                 return NULL;
3259
3260         /*
3261          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3262          * count a compaction stall
3263          */
3264         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3265
3266         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3267
3268         if (page) {
3269                 struct zone *zone = page_zone(page);
3270
3271                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3272                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3273                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3274                 return page;
3275         }
3276
3277         /*
3278          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3279          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3280          */
3281         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3282
3283         cond_resched();
3284
3285         return NULL;
3286 }
3287
3288 static inline bool
3289 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3290                      enum compact_result compact_result,
3291                      enum compact_priority *compact_priority,
3292                      int *compaction_retries)
3293 {
3294         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3295         int min_priority;
3296         bool ret = false;
3297         int retries = *compaction_retries;
3298         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3299
3300         if (!order)
3301                 return false;
3302
3303         if (compaction_made_progress(compact_result))
3304                 (*compaction_retries)++;
3305
3306         /*
3307          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3308          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3309          * failure could be caused by insufficient priority
3310          */
3311         if (compaction_failed(compact_result))
3312                 goto check_priority;
3313
3314         /*
3315          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3316          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3317          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3318          * compaction.
3319          */
3320         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3321                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3322                 goto out;
3323         }
3324
3325         /*
3326          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3327          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3328          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3329          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3330          * would need much more detailed feedback from compaction to
3331          * make a better decision.
3332          */
3333         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3334                 max_retries /= 4;
3335         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3336                 ret = true;
3337                 goto out;
3338         }
3339
3340         /*
3341          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3342          * all retries or failed at the lower priorities.
3343          */
3344 check_priority:
3345         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3346                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3347
3348         if (*compact_priority > min_priority) {
3349                 (*compact_priority)--;
3350                 *compaction_retries = 0;
3351                 ret = true;
3352         }
3353 out:
3354         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3355         return ret;
3356 }
3357 #else
3358 static inline struct page *
3359 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3360                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3361                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3362 {
3363         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3364         return NULL;
3365 }
3366
3367 static inline bool
3368 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3369                      enum compact_result compact_result,
3370                      enum compact_priority *compact_priority,
3371                      int *compaction_retries)
3372 {
3373         struct zone *zone;
3374         struct zoneref *z;
3375
3376         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3377                 return false;
3378
3379         /*
3380          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3381          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3382          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3383          * watermarks are OK.
3384          */
3385         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3386                                         ac->nodemask) {
3387                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3388                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3389                         return true;
3390         }
3391         return false;
3392 }
3393 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3394
3395 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3396 static int
3397 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3398                                         const struct alloc_context *ac)
3399 {
3400         struct reclaim_state reclaim_state;
3401         int progress;
3402
3403         cond_resched();
3404
3405         /* We now go into synchronous reclaim */
3406         cpuset_memory_pressure_bump();
3407         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3408         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3409         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3410         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3411
3412         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3413                                                                 ac->nodemask);
3414
3415         current->reclaim_state = NULL;
3416         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3417         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3418
3419         cond_resched();
3420
3421         return progress;
3422 }
3423
3424 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3425 static inline struct page *
3426 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3427                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3428                 unsigned long *did_some_progress)
3429 {
3430         struct page *page = NULL;
3431         bool drained = false;
3432
3433         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3434         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3435                 return NULL;
3436
3437 retry:
3438         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3439
3440         /*
3441          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3442          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3443          * Shrink them them and try again
3444          */
3445         if (!page && !drained) {
3446                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3447                 drain_all_pages(NULL);
3448                 drained = true;
3449                 goto retry;
3450         }
3451
3452         return page;
3453 }
3454
3455 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3456 {
3457         struct zoneref *z;
3458         struct zone *zone;
3459         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3460
3461         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3462                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3463                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3464                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3465                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3466         }
3467 }
3468
3469 static inline unsigned int
3470 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3471 {
3472         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3473
3474         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3475         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3476
3477         /*
3478          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3479          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3480          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3481          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3482          */
3483         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3484
3485         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3486                 /*
3487                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3488                  * if it can't schedule.
3489                  */
3490                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3491                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3492                 /*
3493                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3494                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3495                  */
3496                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3497         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3498                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3499
3500 #ifdef CONFIG_CMA
3501         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3502                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3503 #endif
3504         return alloc_flags;
3505 }
3506
3507 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3508 {
3509         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3510                 return false;
3511
3512         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3513                 return true;
3514         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3515                 return true;
3516         if (!in_interrupt() &&
3517                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3518                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3519                 return true;
3520
3521         return false;
3522 }
3523
3524 /*
3525  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3526  * is consider as the only way to move forward.
3527  */
3528 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3529
3530 /*
3531  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3532  * for the given allocation request.
3533  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3534  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3535  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3536  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3537  * no_progress_loops).
3538  *
3539  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3540  */
3541 static inline bool
3542 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3543                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3544                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3545 {
3546         struct zone *zone;
3547         struct zoneref *z;
3548
3549         /*
3550          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3551          * their order will become available due to high fragmentation so
3552          * always increment the no progress counter for them
3553          */
3554         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3555                 *no_progress_loops = 0;
3556         else
3557                 (*no_progress_loops)++;
3558
3559         /*
3560          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3561          * several times in the row.
3562          */
3563         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3564                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3565                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3566         }
3567
3568         /*
3569          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3570          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3571          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3572          * screwed and have to go OOM.
3573          */
3574         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3575                                         ac->nodemask) {
3576                 unsigned long available;
3577                 unsigned long reclaimable;
3578                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3579                 bool wmark;
3580
3581                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3582                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3583                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3584                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3585
3586                 /*
3587                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3588                  * available?
3589                  */
3590                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3591                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3592                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3593                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3594                 if (wmark) {
3595                         /*
3596                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3597                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3598                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3599                          * prevent from pre mature OOM
3600                          */
3601                         if (!did_some_progress) {
3602                                 unsigned long write_pending;
3603
3604                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3605                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3606
3607                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3608                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3609                                         return true;
3610                                 }
3611                         }
3612
3613                         /*
3614                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3615                          * context and the current implementation of the WQ
3616                          * concurrency control doesn't recognize that
3617                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3618                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3619                          * do a short sleep here rather than calling
3620                          * cond_resched().
3621                          */
3622                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3623                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3624                         else
3625                                 cond_resched();
3626
3627                         return true;
3628                 }
3629         }
3630
3631         return false;
3632 }
3633
3634 static inline struct page *
3635 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3636                                                 struct alloc_context *ac)
3637 {
3638         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3639         struct page *page = NULL;
3640         unsigned int alloc_flags;
3641         unsigned long did_some_progress;
3642         enum compact_priority compact_priority;
3643         enum compact_result compact_result;
3644         int compaction_retries;
3645         int no_progress_loops;
3646         unsigned long alloc_start = jiffies;
3647         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3648         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3649
3650         /*
3651          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3652          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3653          * be using allocators in order of preference for an area that is
3654          * too large.
3655          */
3656         if (order >= MAX_ORDER) {
3657                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3658                 return NULL;
3659         }
3660
3661         /*
3662          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3663          * callers that are not in atomic context.
3664          */
3665         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3666                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3667                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3668
3669 retry_cpuset:
3670         compaction_retries = 0;
3671         no_progress_loops = 0;
3672         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3673         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3674
3675         /*
3676          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3677          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3678          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3679          */
3680         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3681
3682         /*
3683          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3684          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3685          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3686          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3687          */
3688         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3689                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3690         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3691                 goto nopage;
3692
3693         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3694                 wake_all_kswapds(order, ac);
3695
3696         /*
3697          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3698          * that first
3699          */
3700         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3701         if (page)
3702                 goto got_pg;
3703
3704         /*
3705          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3706          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3707          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3708          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3709          */
3710         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3711                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3712                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3713                                                 alloc_flags, ac,
3714                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3715                                                 &compact_result);
3716                 if (page)
3717                         goto got_pg;
3718
3719                 /*
3720                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3721                  * includes THP page fault allocations
3722                  */
3723                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3724                         /*
3725                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3726                          * it is because sync compaction recently failed. If
3727                          * this is the case and the caller requested a THP
3728                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3729                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3730                          * direct reclaim.
3731                          */
3732                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3733                                 goto nopage;
3734
3735                         /*
3736                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3737                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3738                          * using async compaction.
3739                          */
3740                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3741                 }
3742         }
3743
3744 retry:
3745         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3746         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3747                 wake_all_kswapds(order, ac);
3748
3749         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3750                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3751
3752         /*
3753          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3754          * These allocations are high priority and system rather than user
3755          * orientated.
3756          */
3757         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3758                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3759                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3760                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3761         }
3762
3763         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3764         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3765         if (page)
3766                 goto got_pg;
3767
3768         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3769         if (!can_direct_reclaim)
3770                 goto nopage;
3771
3772         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3773         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3774                 warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3775                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3776                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3777                 stall_timeout += 10 * HZ;
3778         }
3779
3780         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3781         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3782                 goto nopage;
3783
3784         /* Try direct reclaim and then allocating */
3785         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3786                                                         &did_some_progress);
3787         if (page)
3788                 goto got_pg;
3789
3790         /* Try direct compaction and then allocating */
3791         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3792                                         compact_priority, &compact_result);
3793         if (page)
3794                 goto got_pg;
3795
3796         /* Do not loop if specifically requested */
3797         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3798                 goto nopage;
3799
3800         /*
3801          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3802          * __GFP_REPEAT
3803          */
3804         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3805                 goto nopage;
3806
3807         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3808                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3809                 goto retry;
3810
3811         /*
3812          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3813          * reclaim is not able to make any progress because the current
3814          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3815          * of free memory (see __compaction_suitable)
3816          */
3817         if (did_some_progress > 0 &&
3818                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3819                                 compact_result, &compact_priority,
3820                                 &compaction_retries))
3821                 goto retry;
3822
3823         /*
3824          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3825          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3826          */
3827         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3828                 goto retry_cpuset;
3829
3830         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3831         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3832         if (page)
3833                 goto got_pg;
3834
3835         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3836         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3837                 goto nopage;
3838
3839         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3840         if (did_some_progress) {
3841                 no_progress_loops = 0;
3842                 goto retry;
3843         }
3844
3845 nopage:
3846         /*
3847          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3848          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3849          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3850          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3851          * retry.
3852          */
3853         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3854                 goto retry_cpuset;
3855
3856         /*
3857          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3858          * we always retry
3859          */
3860         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3861                 /*
3862                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3863                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3864                  */
3865                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3866                         goto fail;
3867
3868                 /*
3869                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3870                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3871                  * for somebody to do a work for us
3872                  */
3873                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3874
3875                 /*
3876                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3877                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3878                  * so that we can identify them and convert them to something
3879                  * else.
3880                  */
3881                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3882
3883                 /*
3884                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3885                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3886                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3887                  * the situation worse
3888                  */
3889                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3890                 if (page)
3891                         goto got_pg;
3892
3893                 cond_resched();
3894                 goto retry;
3895         }
3896 fail:
3897         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3898                         "page allocation failure: order:%u", order);
3899 got_pg:
3900         return page;
3901 }
3902
3903 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3904                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3905                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3906                 unsigned int *alloc_flags)
3907 {
3908         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3909         ac->zonelist = zonelist;
3910         ac->nodemask = nodemask;
3911         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3912
3913         if (cpusets_enabled()) {
3914                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3915                 if (!ac->nodemask)
3916                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3917                 else
3918                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3919         }
3920
3921         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3922
3923         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3924
3925         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3926                 return false;
3927
3928         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3929                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3930
3931         return true;
3932 }
3933
3934 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3935 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3936                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3937 {
3938         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3939         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3940
3941         /*
3942          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3943          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3944          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3945          */
3946         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3947                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3948 }
3949
3950 /*
3951  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3952  */
3953 struct page *
3954 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3955                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3956 {
3957         struct page *page;
3958         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3959         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3960         struct alloc_context ac = { };
3961
3962         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3963         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3964                 return NULL;
3965
3966         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3967
3968         /* First allocation attempt */
3969         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3970         if (likely(page))
3971                 goto out;
3972
3973         /*
3974          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3975          * because I/O on the device might not complete.
3976          */
3977         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3978         ac.spread_dirty_pages = false;
3979
3980         /*
3981          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3982          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3983          */
3984         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3985                 ac.nodemask = nodemask;
3986
3987         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3988
3989 out:
3990         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3991             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3992                 __free_pages(page, order);
3993                 page = NULL;
3994         }
3995
3996         if (kmemcheck_enabled && page)
3997                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3998
3999         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4000
4001         return page;
4002 }
4003 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4004
4005 /*
4006  * Common helper functions.
4007  */
4008 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4009 {
4010         struct page *page;
4011
4012         /*
4013          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4014          * a highmem page
4015          */
4016         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4017
4018         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4019         if (!page)
4020                 return 0;
4021         return (unsigned long) page_address(page);
4022 }
4023 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4024
4025 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4026 {
4027         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4028 }
4029 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4030
4031 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4032 {
4033         if (put_page_testzero(page)) {
4034                 if (order == 0)
4035                         free_hot_cold_page(page, false);
4036                 else
4037                         __free_pages_ok(page, order);
4038         }
4039 }
4040
4041 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4042
4043 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4044 {
4045         if (addr != 0) {
4046                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4047                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4048         }
4049 }
4050
4051 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4052
4053 /*
4054  * Page Fragment:
4055  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4056  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4057  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4058  *
4059  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4060  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4061  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4062  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4063  */
4064 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4065                                              gfp_t gfp_mask)
4066 {
4067         struct page *page = NULL;
4068         gfp_t gfp = gfp_mask;
4069
4070 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4071         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4072                     __GFP_NOMEMALLOC;
4073         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4074                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4075         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4076 #endif
4077         if (unlikely(!page))
4078                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4079
4080         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4081
4082         return page;
4083 }
4084
4085 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4086 {
4087         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4088
4089         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4090                 unsigned int order = compound_order(page);
4091
4092                 if (order == 0)
4093                         free_hot_cold_page(page, false);
4094                 else
4095                         __free_pages_ok(page, order);
4096         }
4097 }
4098 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4099
4100 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4101                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4102 {
4103         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4104         struct page *page;
4105         int offset;
4106
4107         if (unlikely(!nc->va)) {
4108 refill:
4109                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4110                 if (!page)
4111                         return NULL;
4112
4113 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4114                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4115                 size = nc->size;
4116 #endif
4117                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4118                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4119                  */
4120                 page_ref_add(page, size - 1);
4121
4122                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4123                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4124                 nc->pagecnt_bias = size;
4125                 nc->offset = size;
4126         }
4127
4128         offset = nc->offset - fragsz;
4129         if (unlikely(offset < 0)) {
4130                 page = virt_to_page(nc->va);
4131
4132                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4133                         goto refill;
4134
4135 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4136                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4137                 size = nc->size;
4138 #endif
4139                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4140                 set_page_count(page, size);
4141
4142                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4143                 nc->pagecnt_bias = size;
4144                 offset = size - fragsz;
4145         }
4146
4147         nc->pagecnt_bias--;
4148         nc->offset = offset;
4149
4150         return nc->va + offset;
4151 }
4152 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4153
4154 /*
4155  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4156  */
4157 void page_frag_free(void *addr)
4158 {
4159         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4160
4161         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4162                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4163 }
4164 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4165
4166 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4167                 size_t size)
4168 {
4169         if (addr) {
4170                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4171                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4172
4173                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4174                 while (used < alloc_end) {
4175                         free_page(used);
4176                         used += PAGE_SIZE;
4177                 }
4178         }
4179         return (void *)addr;
4180 }
4181
4182 /**
4183  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4184  * @size: the number of bytes to allocate
4185  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4186  *
4187  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4188  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4189  * allocate memory in power-of-two pages.
4190  *
4191  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4192  *
4193  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4194  */
4195 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4196 {
4197         unsigned int order = get_order(size);
4198         unsigned long addr;
4199
4200         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4201         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4202 }
4203 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4204
4205 /**
4206  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4207  *                         pages on a node.
4208  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4209  * @size: the number of bytes to allocate
4210  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4211  *
4212  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4213  * back.
4214  */
4215 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4216 {
4217         unsigned int order = get_order(size);
4218         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4219         if (!p)
4220                 return NULL;
4221         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4222 }
4223
4224 /**
4225  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4226  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4227  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4228  *
4229  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4230  */
4231 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4232 {
4233         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4234         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4235
4236         while (addr < end) {
4237                 free_page(addr);
4238                 addr += PAGE_SIZE;
4239         }
4240 }
4241 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4242
4243 /**
4244  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4245  * @offset: The zone index of the highest zone
4246  *
4247  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4248  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4249  * zone, the number of pages is calculated as:
4250  *
4251  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4252  */
4253 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4254 {
4255         struct zoneref *z;
4256         struct zone *zone;
4257
4258         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4259         unsigned long sum = 0;
4260
4261         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4262
4263         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4264                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4265                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4266                 if (size > high)
4267                         sum += size - high;
4268         }
4269
4270         return sum;
4271 }
4272
4273 /**
4274  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4275  *
4276  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4277  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4278  */
4279 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4280 {
4281         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4282 }
4283 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4284
4285 /**
4286  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4287  *
4288  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4289  * high watermark within all zones.
4290  */
4291 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4292 {
4293         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4294 }
4295
4296 static inline void show_node(struct zone *zone)
4297 {
4298         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4299                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4300 }
4301
4302 long si_mem_available(void)
4303 {
4304         long available;
4305         unsigned long pagecache;
4306         unsigned long wmark_low = 0;
4307         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4308         struct zone *zone;
4309         int lru;
4310
4311         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4312                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4313
4314         for_each_zone(zone)
4315                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4316
4317         /*
4318          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4319          * without causing swapping.
4320          */
4321         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4322
4323         /*
4324          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4325          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4326          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4327          */
4328         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4329         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4330         available += pagecache;
4331
4332         /*
4333          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4334          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4335          */
4336         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4337                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4338
4339         if (available < 0)
4340                 available = 0;
4341         return available;
4342 }
4343 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4344
4345 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4346 {
4347         val->totalram = totalram_pages;
4348         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4349         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4350         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4351         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4352         val->freehigh = nr_free_highpages();
4353         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4354 }
4355
4356 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4357
4358 #ifdef CONFIG_NUMA
4359 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4360 {
4361         int zone_type;          /* needs to be signed */
4362         unsigned long managed_pages = 0;
4363         unsigned long managed_highpages = 0;
4364         unsigned long free_highpages = 0;
4365         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4366
4367         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4368                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4369         val->totalram = managed_pages;
4370         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4371         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4372 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4373         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4374                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4375
4376                 if (is_highmem(zone)) {
4377                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4378                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4379                 }
4380         }
4381         val->totalhigh = managed_highpages;
4382         val->freehigh = free_highpages;
4383 #else
4384         val->totalhigh = managed_highpages;
4385         val->freehigh = free_highpages;
4386 #endif
4387         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4388 }
4389 #endif
4390
4391 /*
4392  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4393  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4394  */
4395 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4396 {
4397         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4398                 return false;
4399
4400         /*
4401          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4402          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4403          * have to be precise here.
4404          */
4405         if (!nodemask)
4406                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4407
4408         return !node_isset(nid, *nodemask);
4409 }
4410
4411 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4412
4413 static void show_migration_types(unsigned char type)
4414 {
4415         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4416                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4417                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4418                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4419                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4420 #ifdef CONFIG_CMA
4421                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4422 #endif
4423 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4424                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4425 #endif
4426         };
4427         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4428         char *p = tmp;
4429         int i;
4430
4431         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4432                 if (type & (1 << i))
4433                         *p++ = types[i];
4434         }
4435
4436         *p = '\0';
4437         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4438 }
4439
4440 /*
4441  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4442  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4443  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4444  *
4445  * Bits in @filter:
4446  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4447  *   cpuset.
4448  */
4449 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4450 {
4451         unsigned long free_pcp = 0;
4452         int cpu;
4453         struct zone *zone;
4454         pg_data_t *pgdat;
4455
4456         for_each_populated_zone(zone) {
4457                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4458                         continue;
4459
4460                 for_each_online_cpu(cpu)
4461                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4462         }
4463
4464         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4465                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4466                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4467                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4468                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4469                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4470                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4471                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4472                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4473                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4474                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4475                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4476                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4477                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4478                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4479                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4480                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4481                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4482                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4483                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4484                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4485                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4486                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4487                 free_pcp,
4488                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4489
4490         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4491                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4492                         continue;
4493
4494                 printk("Node %d"
4495                         " active_anon:%lukB"
4496                         " inactive_anon:%lukB"
4497                         " active_file:%lukB"
4498                         " inactive_file:%lukB"
4499                         " unevictable:%lukB"
4500                         " isolated(anon):%lukB"
4501                         " isolated(file):%lukB"
4502                         " mapped:%lukB"
4503                         " dirty:%lukB"
4504                         " writeback:%lukB"
4505                         " shmem:%lukB"
4506 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4507                         " shmem_thp: %lukB"
4508                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4509                         " anon_thp: %lukB"
4510 #endif
4511                         " writeback_tmp:%lukB"
4512                         " unstable:%lukB"
4513                         " pages_scanned:%lu"
4514                         " all_unreclaimable? %s"
4515                         "\n",
4516                         pgdat->node_id,
4517                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4518                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4519                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4520                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4521                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4522                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4523                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4524                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4525                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4526                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4527                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4528 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4529                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4530                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4531                                         * HPAGE_PMD_NR),
4532                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4533 #endif
4534                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4535                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4536                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4537                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4538         }
4539
4540         for_each_populated_zone(zone) {
4541                 int i;
4542
4543                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4544                         continue;
4545
4546                 free_pcp = 0;
4547                 for_each_online_cpu(cpu)
4548                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4549
4550                 show_node(zone);
4551                 printk(KERN_CONT
4552                         "%s"
4553                         " free:%lukB"
4554                         " min:%lukB"
4555                         " low:%lukB"
4556                         " high:%lukB"
4557                         " active_anon:%lukB"
4558                         " inactive_anon:%lukB"
4559                         " active_file:%lukB"
4560                         " inactive_file:%lukB"
4561                         " unevictable:%lukB"
4562                         " writepending:%lukB"
4563                         " present:%lukB"
4564                         " managed:%lukB"
4565                         " mlocked:%lukB"
4566                         " slab_reclaimable:%lukB"
4567                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4568                         " kernel_stack:%lukB"
4569                         " pagetables:%lukB"
4570                         " bounce:%lukB"
4571                         " free_pcp:%lukB"
4572                         " local_pcp:%ukB"
4573                         " free_cma:%lukB"
4574                         "\n",
4575                         zone->name,
4576                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4577                         K(min_wmark_pages(zone)),
4578                         K(low_wmark_pages(zone)),
4579                         K(high_wmark_pages(zone)),
4580                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4581                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4582                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4583                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4584                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4585                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4586                         K(zone->present_pages),
4587                         K(zone->managed_pages),
4588                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4589                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4590                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4591                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4592                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4593                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4594                         K(free_pcp),
4595                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4596                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4597                 printk("lowmem_reserve[]:");
4598                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4599                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4600                 printk(KERN_CONT "\n");
4601         }
4602
4603         for_each_populated_zone(zone) {
4604                 unsigned int order;
4605                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4606                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4607
4608                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4609                         continue;
4610                 show_node(zone);
4611                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4612
4613                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4614                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4615                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4616                         int type;
4617
4618                         nr[order] = area->nr_free;
4619                         total += nr[order] << order;
4620
4621                         types[order] = 0;
4622                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4623                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4624                                         types[order] |= 1 << type;
4625                         }
4626                 }
4627                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4628                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4629                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4630                                nr[order], K(1UL) << order);
4631                         if (nr[order])
4632                                 show_migration_types(types[order]);
4633                 }
4634                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4635         }
4636
4637         hugetlb_show_meminfo();
4638
4639         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4640
4641         show_swap_cache_info();
4642 }
4643
4644 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4645 {
4646         zoneref->zone = zone;
4647         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4648 }
4649
4650 /*
4651  * Builds allocation fallback zone lists.
4652  *
4653  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4654  */
4655 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4656                                 int nr_zones)
4657 {
4658         struct zone *zone;
4659         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4660
4661         do {
4662                 zone_type--;
4663                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4664                 if (managed_zone(zone)) {
4665                         zoneref_set_zone(zone,
4666                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4667                         check_highest_zone(zone_type);
4668                 }
4669         } while (zone_type);
4670
4671         return nr_zones;
4672 }
4673
4674
4675 /*
4676  *  zonelist_order:
4677  *  0 = automatic detection of better ordering.
4678  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4679  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4680  *
4681  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4682  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4683  */
4684 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4685 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4686 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4687
4688 /* zonelist order in the kernel.
4689  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4690  */
4691 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4692 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4693
4694
4695 #ifdef CONFIG_NUMA
4696 /* The value user specified ....changed by config */
4697 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4698 /* string for sysctl */
4699 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4700 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4701
4702 /*
4703  * interface for configure zonelist ordering.
4704  * command line option "numa_zonelist_order"
4705  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4706  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4707  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4708  */
4709
4710 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4711 {
4712         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4713                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4714         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4715                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4716         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4717                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4718         } else {
4719                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4720                 return -EINVAL;
4721         }
4722         return 0;
4723 }
4724
4725 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4726 {
4727         int ret;
4728
4729         if (!s)
4730                 return 0;
4731
4732         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4733         if (ret == 0)
4734                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4735
4736         return ret;
4737 }
4738 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4739
4740 /*
4741  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4742  */
4743 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4744                 void __user *buffer, size_t *length,
4745                 loff_t *ppos)
4746 {
4747         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4748         int ret;
4749         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4750
4751         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4752         if (write) {
4753                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4754                         ret = -EINVAL;
4755                         goto out;
4756                 }
4757                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4758         }
4759         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4760         if (ret)
4761                 goto out;
4762         if (write) {
4763                 int oldval = user_zonelist_order;
4764
4765                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4766                 if (ret) {
4767                         /*
4768                          * bogus value.  restore saved string
4769                          */
4770                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4771                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4772                         user_zonelist_order = oldval;
4773                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4774                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4775                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4776                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4777                 }
4778         }
4779 out:
4780         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4781         return ret;
4782 }
4783
4784
4785 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4786 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4787
4788 /**
4789  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4790  * @node: node whose fallback list we're appending
4791  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4792  *
4793  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4794  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4795  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4796  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4797  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4798  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4799  * on them otherwise.
4800  * It returns -1 if no node is found.
4801  */
4802 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4803 {
4804         int n, val;
4805         int min_val = INT_MAX;
4806         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4807         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4808
4809         /* Use the local node if we haven't already */
4810         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4811                 node_set(node, *used_node_mask);
4812                 return node;
4813         }
4814
4815         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4816
4817                 /* Don't want a node to appear more than once */
4818                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4819                         continue;
4820
4821                 /* Use the distance array to find the distance */
4822                 val = node_distance(node, n);
4823
4824                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4825                 val += (n < node);
4826
4827                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4828                 tmp = cpumask_of_node(n);
4829                 if (!cpumask_empty(tmp))
4830                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4831
4832                 /* Slight preference for less loaded node */
4833                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4834                 val += node_load[n];
4835
4836                 if (val < min_val) {
4837                         min_val = val;
4838                         best_node = n;
4839                 }
4840         }
4841
4842         if (best_node >= 0)
4843                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4844
4845         return best_node;
4846 }
4847
4848
4849 /*
4850  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4851  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4852  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4853  */
4854 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4855 {
4856         int j;
4857         struct zonelist *zonelist;
4858
4859         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4860         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4861                 ;
4862         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4863         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4864         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4865 }
4866
4867 /*
4868  * Build gfp_thisnode zonelists
4869  */
4870 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4871 {
4872         int j;
4873         struct zonelist *zonelist;
4874
4875         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4876         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4877         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4878         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4879 }
4880
4881 /*
4882  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4883  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4884  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4885  * may still exist in local DMA zone.
4886  */
4887 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4888
4889 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4890 {
4891         int pos, j, node;
4892         int zone_type;          /* needs to be signed */
4893         struct zone *z;
4894         struct zonelist *zonelist;
4895
4896         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4897         pos = 0;
4898         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4899                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4900                         node = node_order[j];
4901                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4902                         if (managed_zone(z)) {
4903                                 zoneref_set_zone(z,
4904                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4905                                 check_highest_zone(zone_type);
4906                         }
4907                 }
4908         }
4909         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4910         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4911 }
4912
4913 #if defined(CONFIG_64BIT)
4914 /*
4915  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4916  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4917  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4918  */
4919 static int default_zonelist_order(void)
4920 {
4921         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4922 }
4923 #else
4924 /*
4925  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4926  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4927  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4928  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4929  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4930  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4931  */
4932 static int default_zonelist_order(void)
4933 {
4934         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4935 }
4936 #endif /* CONFIG_64BIT */
4937
4938 static void set_zonelist_order(void)
4939 {
4940         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4941                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4942         else
4943                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4944 }
4945
4946 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4947 {
4948         int i, node, load;
4949         nodemask_t used_mask;
4950         int local_node, prev_node;
4951         struct zonelist *zonelist;
4952         unsigned int order = current_zonelist_order;
4953
4954         /* initialize zonelists */
4955         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4956                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4957                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4958                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4959         }
4960
4961         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4962         local_node = pgdat->node_id;
4963         load = nr_online_nodes;
4964         prev_node = local_node;
4965         nodes_clear(used_mask);
4966
4967         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4968         i = 0;
4969
4970         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4971                 /*
4972                  * We don't want to pressure a particular node.
4973                  * So adding penalty to the first node in same
4974                  * distance group to make it round-robin.
4975                  */
4976                 if (node_distance(local_node, node) !=
4977                     node_distance(local_node, prev_node))
4978                         node_load[node] = load;
4979
4980                 prev_node = node;
4981                 load--;
4982                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4983                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4984                 else
4985                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4986         }
4987
4988         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4989                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4990                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4991         }
4992
4993         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4994 }
4995
4996 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4997 /*
4998  * Return node id of node used for "local" allocations.
4999  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5000  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5001  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5002  */
5003 int local_memory_node(int node)
5004 {
5005         struct zoneref *z;
5006
5007         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5008                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5009                                    NULL);
5010         return z->zone->node;
5011 }
5012 #endif
5013
5014 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5015 static void setup_min_slab_ratio(void);
5016 #else   /* CONFIG_NUMA */
5017
5018 static void set_zonelist_order(void)
5019 {
5020         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5021 }
5022
5023 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5024 {
5025         int node, local_node;
5026         enum zone_type j;
5027         struct zonelist *zonelist;
5028
5029         local_node = pgdat->node_id;
5030
5031         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5032         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5033
5034         /*
5035          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5036          * of all the other nodes.
5037          * We don't want to pressure a particular node, so when
5038          * building the zones for node N, we make sure that the
5039          * zones coming right after the local ones are those from
5040          * node N+1 (modulo N)
5041          */
5042         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5043                 if (!node_online(node))
5044                         continue;
5045                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5046         }
5047         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5048                 if (!node_online(node))
5049                         continue;
5050                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5051         }
5052
5053         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5054         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5055 }
5056
5057 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5058
5059 /*
5060  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5061  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5062  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5063  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5064  * with interrupts disabled.
5065  *
5066  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5067  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5068  * hotplugged processors.
5069  *
5070  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5071  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5072  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5073  */
5074 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5075 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5076 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5077
5078 /*
5079  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5080  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5081  */
5082 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5083
5084 /* return values int ....just for stop_machine() */
5085 static int __build_all_zonelists(void *data)
5086 {
5087         int nid;
5088         int cpu;
5089         pg_data_t *self = data;
5090
5091 #ifdef CONFIG_NUMA
5092         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5093 #endif
5094
5095         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5096                 build_zonelists(self);
5097         }
5098
5099         for_each_online_node(nid) {
5100                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5101
5102                 build_zonelists(pgdat);
5103         }
5104
5105         /*
5106          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5107          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5108          * each zone will be allocated later when the per cpu
5109          * allocator is available.
5110          *
5111          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5112          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5113          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5114          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5115          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5116          * (a chicken-egg dilemma).
5117          */
5118         for_each_possible_cpu(cpu) {
5119                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5120
5121 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5122                 /*
5123                  * We now know the "local memory node" for each node--
5124                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5125                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5126                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5127                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5128                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5129                  */
5130                 if (cpu_online(cpu))
5131                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5132 #endif
5133         }
5134
5135         return 0;
5136 }
5137
5138 static noinline void __init
5139 build_all_zonelists_init(void)
5140 {
5141         __build_all_zonelists(NULL);
5142         mminit_verify_zonelist();
5143         cpuset_init_current_mems_allowed();
5144 }
5145
5146 /*
5147  * Called with zonelists_mutex held always
5148  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5149  *
5150  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5151  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5152  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5153  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5154  */
5155 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5156 {
5157         set_zonelist_order();
5158
5159         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5160                 build_all_zonelists_init();
5161         } else {
5162 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5163                 if (zone)
5164                         setup_zone_pageset(zone);
5165 #endif
5166                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5167                    of zonelist */
5168                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5169                 /* cpuset refresh routine should be here */
5170         }
5171         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5172         /*
5173          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5174          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5175          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5176          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5177          * disabled and enable it later
5178          */
5179         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5180                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5181         else
5182                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5183
5184         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5185                 nr_online_nodes,
5186                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5187                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5188                 vm_total_pages);
5189 #ifdef CONFIG_NUMA
5190         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5191 #endif
5192 }
5193
5194 /*
5195  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5196  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5197  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5198  */
5199 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5200                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5201 {
5202         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5203         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5204         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5205         unsigned long pfn;
5206         unsigned long nr_initialised = 0;
5207 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5208         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5209 #endif
5210
5211         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5212                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5213
5214         /*
5215          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5216          * memory
5217          */
5218         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5219                 start_pfn += altmap->reserve;
5220
5221         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5222                 /*
5223                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5224                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5225                  */
5226                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5227                         goto not_early;
5228
5229                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5230 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5231                         /*
5232                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5233                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5234                          * on our next iteration of the loop.
5235                          */
5236                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5237 #endif
5238                         continue;
5239                 }
5240                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5241                         continue;
5242                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5243                         break;
5244
5245 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5246                 /*
5247                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5248                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5249                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5250                  */
5251                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5252                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5253                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5254                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5255                                                 break;
5256                                 r = tmp;
5257                         }
5258                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5259                             memblock_is_mirror(r)) {
5260                                 /* already initialized as NORMAL */
5261                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5262                                 continue;
5263                         }
5264                 }
5265 #endif
5266
5267 not_early:
5268                 /*
5269                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5270                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5271                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5272                  * the address space during boot when many long-lived
5273                  * kernel allocations are made.
5274                  *
5275                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5276                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5277                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5278                  * pfn out of zone.
5279                  */
5280                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5281                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5282
5283                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5284                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5285                 } else {
5286                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5287                 }
5288         }
5289 }
5290
5291 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5292 {
5293         unsigned int order, t;
5294         for_each_migratetype_order(order, t) {
5295                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5296                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5297         }
5298 }
5299
5300 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5301 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5302         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5303 #endif
5304
5305 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5306 {
5307 #ifdef CONFIG_MMU
5308         int batch;
5309
5310         /*
5311          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5312          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5313          *
5314          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5315          */
5316         batch = zone->managed_pages / 1024;
5317         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5318                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5319         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5320         if (batch < 1)
5321                 batch = 1;
5322
5323         /*
5324          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5325          * of 2 value was found to be more likely to have
5326          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5327          *
5328          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5329          * batches of pages, one task can end up with a lot
5330          * of pages of one half of the possible page colors
5331          * and the other with pages of the other colors.
5332          */
5333         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5334
5335         return batch;
5336
5337 #else
5338         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5339          * conditions.
5340          *
5341          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5342          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5343          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5344          *
5345          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5346          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5347          * can be a significant delay between the individual batches being
5348          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5349          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5350          */
5351         return 0;
5352 #endif
5353 }
5354
5355 /*
5356  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5357  * ->batch must never be higher then ->high.
5358  * The following function updates them in a safe manner without read side
5359  * locking.
5360  *
5361  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5362  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5363  *
5364  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5365  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5366  * exist).
5367  */
5368 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5369                 unsigned long batch)
5370 {
5371        /* start with a fail safe value for batch */
5372         pcp->batch = 1;
5373         smp_wmb();
5374
5375        /* Update high, then batch, in order */
5376         pcp->high = high;
5377         smp_wmb();
5378
5379         pcp->batch = batch;
5380 }
5381
5382 /* a companion to pageset_set_high() */
5383 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5384 {
5385         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5386 }
5387
5388 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5389 {
5390         struct per_cpu_pages *pcp;
5391         int migratetype;
5392
5393         memset(p, 0, sizeof(*p));
5394
5395         pcp = &p->pcp;
5396         pcp->count = 0;
5397         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5398                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5399 }
5400
5401 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5402 {
5403         pageset_init(p);
5404         pageset_set_batch(p, batch);
5405 }
5406
5407 /*
5408  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5409  * to the value high for the pageset p.
5410  */
5411 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5412                                 unsigned long high)
5413 {
5414         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5415         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5416                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5417
5418         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5419 }
5420
5421 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5422                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5423 {
5424         if (percpu_pagelist_fraction)
5425                 pageset_set_high(pcp,
5426                         (zone->managed_pages /
5427                                 percpu_pagelist_fraction));
5428         else
5429                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5430 }
5431
5432 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5433 {
5434         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5435
5436         pageset_init(pcp);
5437         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5438 }
5439
5440 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5441 {
5442         int cpu;
5443         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5444         for_each_possible_cpu(cpu)
5445                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5446 }
5447
5448 /*
5449  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5450  * Before this call only boot pagesets were available.
5451  */
5452 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5453 {
5454         struct pglist_data *pgdat;
5455         struct zone *zone;
5456
5457         for_each_populated_zone(zone)
5458                 setup_zone_pageset(zone);
5459
5460         for_each_online_pgdat(pgdat)
5461                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5462                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5463 }
5464
5465 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5466 {
5467         /*
5468          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5469          * relies on the ability of the linker to provide the
5470          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5471          */
5472         zone->pageset = &boot_pageset;
5473
5474         if (populated_zone(zone))
5475                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5476                         zone->name, zone->present_pages,
5477                                          zone_batchsize(zone));
5478 }
5479
5480 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5481                                         unsigned long zone_start_pfn,
5482                                         unsigned long size)
5483 {
5484         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5485
5486         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5487
5488         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5489
5490         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5491                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5492                         pgdat->node_id,
5493                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5494                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5495
5496         zone_init_free_lists(zone);
5497         zone->initialized = 1;
5498
5499         return 0;
5500 }
5501
5502 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5503 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5504
5505 /*
5506  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5507  */
5508 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5509                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5510 {
5511         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5512         int nid;
5513
5514         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5515                 return state->last_nid;
5516
5517         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5518         if (nid != -1) {
5519                 state->last_start = start_pfn;
5520                 state->last_end = end_pfn;
5521                 state->last_nid = nid;
5522         }
5523
5524         return nid;
5525 }
5526 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5527
5528 /**
5529  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5530  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5531  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5532  *
5533  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5534  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5535  * memblock_free_early_nid() manually.
5536  */
5537 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5538 {
5539         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5540         int i, this_nid;
5541
5542         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5543                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5544                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5545
5546                 if (start_pfn < end_pfn)
5547                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5548                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5549                                         this_nid);
5550         }
5551 }
5552
5553 /**
5554  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5555  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5556  *
5557  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5558  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5559  */
5560 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5561 {
5562         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5563         int i, this_nid;
5564
5565         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5566                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5567 }
5568
5569 /**
5570  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5571  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5572  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5573  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5574  *
5575  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5576  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5577  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5578  * PFNs will be 0.
5579  */
5580 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5581                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5582 {
5583         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5584         int i;
5585
5586         *start_pfn = -1UL;
5587         *end_pfn = 0;
5588
5589         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5590                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5591                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5592         }
5593
5594         if (*start_pfn == -1UL)
5595                 *start_pfn = 0;
5596 }
5597
5598 /*
5599  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5600  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5601  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5602  */
5603 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5604 {
5605         int zone_index;
5606         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5607                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5608                         continue;
5609
5610                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5611                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5612                         break;
5613         }
5614
5615         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5616         movable_zone = zone_index;
5617 }
5618
5619 /*
5620  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5621  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5622  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5623  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5624  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5625  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5626  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5627  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5628  */
5629 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5630                                         unsigned long zone_type,
5631                                         unsigned long node_start_pfn,
5632                                         unsigned long node_end_pfn,
5633                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5634                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5635 {
5636         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5637         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5638                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5639                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5640                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5641                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5642                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5643
5644                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5645                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5646                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5647                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5648                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5649
5650                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5651                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5652                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5653         }
5654 }
5655
5656 /*
5657  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5658  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5659  */
5660 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5661                                         unsigned long zone_type,
5662                                         unsigned long node_start_pfn,
5663                                         unsigned long node_end_pfn,
5664                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5665                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5666                                         unsigned long *ignored)
5667 {
5668         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5669         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5670                 return 0;
5671
5672         /* Get the start and end of the zone */
5673         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5674         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5675         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5676                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5677                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5678
5679         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5680         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5681                 return 0;
5682
5683         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5684         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5685         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5686
5687         /* Return the spanned pages */
5688         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5689 }
5690
5691 /*
5692  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5693  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5694  */
5695 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5696                                 unsigned long range_start_pfn,
5697                                 unsigned long range_end_pfn)
5698 {
5699         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5700         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5701         int i;
5702
5703         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5704                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5705                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5706                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5707         }
5708         return nr_absent;
5709 }
5710
5711 /**
5712  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5713  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5714  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5715  *
5716  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5717  */
5718 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5719                                                         unsigned long end_pfn)
5720 {
5721         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5722 }
5723
5724 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5725 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5726                                         unsigned long zone_type,
5727                                         unsigned long node_start_pfn,
5728                                         unsigned long node_end_pfn,
5729                                         unsigned long *ignored)
5730 {
5731         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5732         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5733         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5734         unsigned long nr_absent;
5735
5736         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5737         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5738                 return 0;
5739
5740         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5741         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5742
5743         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5744                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5745                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5746         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5747
5748         /*
5749          * ZONE_MOVABLE handling.
5750          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5751          * and vice versa.
5752          */
5753         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5754                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5755                 struct memblock_region *r;
5756
5757                 for_each_memblock(memory, r) {
5758                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5759                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5760                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5761                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5762
5763                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5764                             memblock_is_mirror(r))
5765                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5766
5767                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5768                             !memblock_is_mirror(r))
5769                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5770                 }
5771         }
5772
5773         return nr_absent;
5774 }
5775
5776 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5777 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5778                                         unsigned long zone_type,
5779                                         unsigned long node_start_pfn,
5780                                         unsigned long node_end_pfn,
5781                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5782                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5783                                         unsigned long *zones_size)
5784 {
5785         unsigned int zone;
5786
5787         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5788         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5789                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5790
5791         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5792
5793         return zones_size[zone_type];
5794 }
5795
5796 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5797                                                 unsigned long zone_type,
5798                                                 unsigned long node_start_pfn,
5799                                                 unsigned long node_end_pfn,
5800                                                 unsigned long *zholes_size)
5801 {
5802         if (!zholes_size)
5803                 return 0;
5804
5805         return zholes_size[zone_type];
5806 }
5807
5808 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5809
5810 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5811                                                 unsigned long node_start_pfn,
5812                                                 unsigned long node_end_pfn,
5813                                                 unsigned long *zones_size,
5814                                                 unsigned long *zholes_size)
5815 {
5816         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5817         enum zone_type i;
5818
5819         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5820                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5821                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5822                 unsigned long size, real_size;
5823
5824                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5825                                                   node_start_pfn,
5826                                                   node_end_pfn,
5827                                                   &zone_start_pfn,
5828                                                   &zone_end_pfn,
5829                                                   zones_size);
5830                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5831                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5832                                                   zholes_size);
5833                 if (size)
5834                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5835                 else
5836                         zone->zone_start_pfn = 0;
5837                 zone->spanned_pages = size;
5838                 zone->present_pages = real_size;
5839
5840                 totalpages += size;
5841                 realtotalpages += real_size;
5842         }
5843
5844         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5845         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5846         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5847                                                         realtotalpages);
5848 }
5849
5850 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5851 /*
5852  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5853  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5854  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5855  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5856  * bytes.
5857  */
5858 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5859 {
5860         unsigned long usemapsize;
5861
5862         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5863         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5864         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5865         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5866         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5867
5868         return usemapsize / 8;
5869 }
5870
5871 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5872                                 struct zone *zone,
5873                                 unsigned long zone_start_pfn,
5874                                 unsigned long zonesize)
5875 {
5876         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5877         zone->pageblock_flags = NULL;
5878         if (usemapsize)
5879                 zone->pageblock_flags =
5880                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5881                                                          pgdat->node_id);
5882 }
5883 #else
5884 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5885                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5886 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5887
5888 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5889
5890 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5891 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5892 {
5893         unsigned int order;
5894
5895         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5896         if (pageblock_order)
5897                 return;
5898
5899         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5900                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5901         else
5902                 order = MAX_ORDER - 1;
5903
5904         /*
5905          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5906          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5907          * powerpc.
5908          */
5909         pageblock_order = order;
5910 }
5911 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5912
5913 /*
5914  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5915  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5916  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5917  * the kernel config
5918  */
5919 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5920 {
5921 }
5922
5923 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5924
5925 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5926                                                    unsigned long present_pages)
5927 {
5928         unsigned long pages = spanned_pages;
5929
5930         /*
5931          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5932          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5933          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5934          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5935          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5936          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5937          */
5938         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5939             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5940                 pages = present_pages;
5941
5942         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5943 }
5944
5945 /*
5946  * Set up the zone data structures:
5947  *   - mark all pages reserved
5948  *   - mark all memory queues empty
5949  *   - clear the memory bitmaps
5950  *
5951  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5952  */
5953 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5954 {
5955         enum zone_type j;
5956         int nid = pgdat->node_id;
5957         int ret;
5958
5959         pgdat_resize_init(pgdat);
5960 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5961         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5962         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5963         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5964 #endif
5965 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5966         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5967         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5968         pgdat->split_queue_len = 0;
5969 #endif
5970         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5971         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5972 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5973         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5974 #endif
5975         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5976         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5977         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5978
5979         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5980                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5981                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5982                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5983
5984                 size = zone->spanned_pages;
5985                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5986
5987                 /*
5988                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5989                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5990                  * and per-cpu initialisations
5991                  */
5992                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5993                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5994                         if (freesize >= memmap_pages) {
5995                                 freesize -= memmap_pages;
5996                                 if (memmap_pages)
5997                                         printk(KERN_DEBUG
5998                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5999                                                zone_names[j], memmap_pages);
6000                         } else
6001                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6002                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6003                 }
6004
6005                 /* Account for reserved pages */
6006                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6007                         freesize -= dma_reserve;
6008                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6009                                         zone_names[0], dma_reserve);
6010                 }
6011
6012                 if (!is_highmem_idx(j))
6013                         nr_kernel_pages += freesize;
6014                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6015                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6016                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6017                 nr_all_pages += freesize;
6018
6019                 /*
6020                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6021                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6022                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6023                  */
6024                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6025 #ifdef CONFIG_NUMA
6026                 zone->node = nid;
6027 #endif
6028                 zone->name = zone_names[j];
6029                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6030                 spin_lock_init(&zone->lock);
6031                 zone_seqlock_init(zone);
6032                 zone_pcp_init(zone);
6033
6034                 if (!size)
6035                         continue;
6036
6037                 set_pageblock_order();
6038                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6039                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6040                 BUG_ON(ret);
6041                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6042         }
6043 }
6044
6045 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6046 {
6047         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6048         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6049
6050         /* Skip empty nodes */
6051         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6052                 return;
6053
6054 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6055         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6056         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6057         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6058         if (!pgdat->node_mem_map) {
6059                 unsigned long size, end;
6060                 struct page *map;
6061
6062                 /*
6063                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6064                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6065                  * for the buddy allocator to function correctly.
6066                  */
6067                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6068                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6069                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6070                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6071                 if (!map)
6072                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6073                                                                pgdat->node_id);
6074                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6075         }
6076 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6077         /*
6078          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6079          */
6080         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6081                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6082 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6083                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6084                         mem_map -= offset;
6085 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6086         }
6087 #endif
6088 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6089 }
6090
6091 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6092                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6093 {
6094         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6095         unsigned long start_pfn = 0;
6096         unsigned long end_pfn = 0;
6097
6098         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6099         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6100
6101         reset_deferred_meminit(pgdat);
6102         pgdat->node_id = nid;
6103         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6104         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6105 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6106         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6107         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6108                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6109                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6110 #else
6111         start_pfn = node_start_pfn;
6112 #endif
6113         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6114                                   zones_size, zholes_size);
6115
6116         alloc_node_mem_map(pgdat);
6117 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6118         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6119                 nid, (unsigned long)pgdat,
6120                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6121 #endif
6122
6123         free_area_init_core(pgdat);
6124 }
6125
6126 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6127
6128 #if MAX_NUMNODES > 1
6129 /*
6130  * Figure out the number of possible node ids.
6131  */
6132 void __init setup_nr_node_ids(void)
6133 {
6134         unsigned int highest;
6135
6136         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6137         nr_node_ids = highest + 1;
6138 }
6139 #endif
6140
6141 /**
6142  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6143  *
6144  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6145  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6146  * all the nodes.
6147  *
6148  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6149  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6150  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6151  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6152  *
6153  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6154  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6155  * populated node map.
6156  *
6157  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6158  * requirement (single node).
6159  */
6160 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6161 {
6162         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6163         unsigned long start, end, mask;
6164         int last_nid = -1;
6165         int i, nid;
6166
6167         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6168                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6169                         last_nid = nid;
6170                         last_end = end;
6171                         continue;
6172                 }
6173
6174                 /*
6175                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6176                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6177                  * too coarse to separate the current node from the last.
6178                  */
6179                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6180                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6181                         mask <<= 1;
6182
6183                 /* accumulate all internode masks */
6184                 accl_mask |= mask;
6185         }
6186
6187         /* convert mask to number of pages */
6188         return ~accl_mask + 1;
6189 }
6190
6191 /* Find the lowest pfn for a node */
6192 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6193 {
6194         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6195         unsigned long start_pfn;
6196         int i;
6197
6198         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6199                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6200
6201         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6202                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6203                 return 0;
6204         }
6205
6206         return min_pfn;
6207 }
6208
6209 /**
6210  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6211  *
6212  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6213  * memblock_set_node().
6214  */
6215 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6216 {
6217         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6218 }
6219
6220 /*
6221  * early_calculate_totalpages()
6222  * Sum pages in active regions for movable zone.
6223  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6224  */
6225 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6226 {
6227         unsigned long totalpages = 0;
6228         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6229         int i, nid;
6230
6231         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6232                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6233
6234                 totalpages += pages;
6235                 if (pages)
6236                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6237         }
6238         return totalpages;
6239 }
6240
6241 /*
6242  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6243  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6244  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6245  * others
6246  */
6247 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6248 {
6249         int i, nid;
6250         unsigned long usable_startpfn;
6251         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6252         /* save the state before borrow the nodemask */
6253         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6254         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6255         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6256         struct memblock_region *r;
6257
6258         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6259         find_usable_zone_for_movable();
6260
6261         /*
6262          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6263          * options.
6264          */
6265         if (movable_node_is_enabled()) {
6266                 for_each_memblock(memory, r) {
6267                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6268                                 continue;
6269
6270                         nid = r->nid;
6271
6272                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6273                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6274                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6275                                 usable_startpfn;
6276                 }
6277
6278                 goto out2;
6279         }
6280
6281         /*
6282          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6283          */
6284         if (mirrored_kernelcore) {
6285                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6286
6287                 for_each_memblock(memory, r) {
6288                         if (memblock_is_mirror(r))
6289                                 continue;
6290
6291                         nid = r->nid;
6292
6293                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6294
6295                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6296                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6297                                 continue;
6298                         }
6299
6300                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6301                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6302                                 usable_startpfn;
6303                 }
6304
6305                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6306                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6307
6308                 goto out2;
6309         }
6310
6311         /*
6312          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6313          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6314          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6315          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6316          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6317          * what movablecore would have allowed.
6318          */
6319         if (required_movablecore) {
6320                 unsigned long corepages;
6321
6322                 /*
6323                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6324                  * was requested by the user
6325                  */
6326                 required_movablecore =
6327                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6328                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6329                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6330
6331                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6332         }
6333
6334         /*
6335          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6336          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6337          */
6338         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6339                 goto out;
6340
6341         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6342         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6343
6344 restart:
6345         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6346         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6347         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6348                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6349
6350                 /*
6351                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6352                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6353                  * amount of memory for the kernel
6354                  */
6355                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6356                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6357
6358                 /*
6359                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6360                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6361                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6362                  */
6363                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6364
6365                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6366                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6367                         unsigned long size_pages;
6368
6369                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6370                         if (start_pfn >= end_pfn)
6371                                 continue;
6372
6373                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6374                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6375                                 unsigned long kernel_pages;
6376                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6377                                                                 - start_pfn;
6378
6379                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6380                                                         kernelcore_remaining);
6381                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6382                                                         required_kernelcore);
6383
6384                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6385                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6386
6387                                         /*
6388                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6389                                          * that if we have to rebalance
6390                                          * kernelcore across nodes, we will
6391                                          * not double account here
6392                                          */
6393                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6394                                         continue;
6395                                 }
6396                                 start_pfn = usable_startpfn;
6397                         }
6398
6399                         /*
6400                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6401                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6402                          * number of pages used as kernelcore
6403                          */
6404                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6405                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6406                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6407                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6408
6409                         /*
6410                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6411                          * break if the kernelcore for this node has been
6412                          * satisfied
6413                          */
6414                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6415                                                                 size_pages);
6416                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6417                         if (!kernelcore_remaining)
6418                                 break;
6419                 }
6420         }
6421
6422         /*
6423          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6424          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6425          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6426          * satisfied
6427          */
6428         usable_nodes--;
6429         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6430                 goto restart;
6431
6432 out2:
6433         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6434         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6435                 zone_movable_pfn[nid] =
6436                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6437
6438 out:
6439         /* restore the node_state */
6440         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6441 }
6442
6443 /* Any regular or high memory on that node ? */
6444 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6445 {
6446         enum zone_type zone_type;
6447
6448         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6449                 return;
6450
6451         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6452                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6453                 if (populated_zone(zone)) {
6454                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6455                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6456                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6457                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6458                         break;
6459                 }
6460         }
6461 }
6462
6463 /**
6464  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6465  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6466  *
6467  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6468  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6469  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6470  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6471  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6472  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6473  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6474  * at arch_max_dma_pfn.
6475  */
6476 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6477 {
6478         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6479         int i, nid;
6480
6481         /* Record where the zone boundaries are */
6482         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6483                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6484         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6485                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6486
6487         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6488
6489         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6490                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6491                         continue;
6492
6493                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6494                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6495                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6496
6497                 start_pfn = end_pfn;
6498         }
6499
6500         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6501         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6502         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6503
6504         /* Print out the zone ranges */
6505         pr_info("Zone ranges:\n");
6506         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6507                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6508                         continue;
6509                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6510                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6511                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6512                         pr_cont("empty\n");
6513                 else
6514                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6515                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6516                                         << PAGE_SHIFT,
6517                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6518                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6519         }
6520
6521         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6522         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6523         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6524                 if (zone_movable_pfn[i])
6525                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6526                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6527         }
6528
6529         /* Print out the early node map */
6530         pr_info("Early memory node ranges\n");
6531         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6532                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6533                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6534                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6535
6536         /* Initialise every node */
6537         mminit_verify_pageflags_layout();
6538         setup_nr_node_ids();
6539         for_each_online_node(nid) {
6540                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6541                 free_area_init_node(nid, NULL,
6542                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6543
6544                 /* Any memory on that node */
6545                 if (pgdat->node_present_pages)
6546                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6547                 check_for_memory(pgdat, nid);
6548         }
6549 }
6550
6551 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6552 {
6553         unsigned long long coremem;
6554         if (!p)
6555                 return -EINVAL;
6556
6557         coremem = memparse(p, &p);
6558         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6559
6560         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6561         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6562
6563         return 0;
6564 }
6565
6566 /*
6567  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6568  * cannot be reclaimed or migrated.
6569  */
6570 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6571 {
6572         /* parse kernelcore=mirror */
6573         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6574                 mirrored_kernelcore = true;
6575                 return 0;
6576         }
6577
6578         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6579 }
6580
6581 /*
6582  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6583  * can be reclaimed or migrated.
6584  */
6585 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6586 {
6587         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6588 }
6589
6590 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6591 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6592
6593 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6594
6595 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6596 {
6597         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6598         page_zone(page)->managed_pages += count;
6599         totalram_pages += count;
6600 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6601         if (PageHighMem(page))
6602                 totalhigh_pages += count;
6603 #endif
6604         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6605 }
6606 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6607
6608 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6609 {
6610         void *pos;
6611         unsigned long pages = 0;
6612
6613         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6614         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6615         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6616                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6617                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6618                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6619         }
6620
6621         if (pages && s)
6622                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6623                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6624
6625         return pages;
6626 }
6627 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6628
6629 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6630 void free_highmem_page(struct page *page)
6631 {
6632         __free_reserved_page(page);
6633         totalram_pages++;
6634         page_zone(page)->managed_pages++;
6635         totalhigh_pages++;
6636 }
6637 #endif
6638
6639
6640 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6641 {
6642         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6643         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6644
6645         physpages = get_num_physpages();
6646         codesize = _etext - _stext;
6647         datasize = _edata - _sdata;
6648         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6649         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6650         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6651         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6652
6653         /*
6654          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6655          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6656          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6657          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6658          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6659          */
6660 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6661         do { \
6662                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6663                         size -= adj; \
6664         } while (0)
6665
6666         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6667                      _sinittext, init_code_size);
6668         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6669         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6670         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6671         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6672
6673 #undef  adj_init_size
6674
6675         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6676 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6677                 ", %luK highmem"
6678 #endif
6679                 "%s%s)\n",
6680                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6681                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6682                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6683                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6684                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6685                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6686 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6687                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6688 #endif
6689                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6690 }
6691
6692 /**
6693  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6694  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6695  *
6696  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6697  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6698  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6699  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6700  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6701  * smaller per-cpu batchsize.
6702  */
6703 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6704 {
6705         dma_reserve = new_dma_reserve;
6706 }
6707
6708 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6709 {
6710         free_area_init_node(0, zones_size,
6711                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6712 }
6713
6714 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6715 {
6716
6717         lru_add_drain_cpu(cpu);
6718         drain_pages(cpu);
6719
6720         /*
6721          * Spill the event counters of the dead processor
6722          * into the current processors event counters.
6723          * This artificially elevates the count of the current
6724          * processor.
6725          */
6726         vm_events_fold_cpu(cpu);
6727
6728         /*
6729          * Zero the differential counters of the dead processor
6730          * so that the vm statistics are consistent.
6731          *
6732          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6733          * race with what we are doing.
6734          */
6735         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6736         return 0;
6737 }
6738
6739 void __init page_alloc_init(void)
6740 {
6741         int ret;
6742
6743         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6744                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6745                                         page_alloc_cpu_dead);
6746         WARN_ON(ret < 0);
6747 }
6748
6749 /*
6750  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6751  *      or min_free_kbytes changes.
6752  */
6753 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6754 {
6755         struct pglist_data *pgdat;
6756         unsigned long reserve_pages = 0;
6757         enum zone_type i, j;
6758
6759         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6760
6761                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6762
6763                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6764                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6765                         long max = 0;
6766
6767                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6768                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6769                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6770                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6771                         }
6772
6773                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6774                         max += high_wmark_pages(zone);
6775
6776                         if (max > zone->managed_pages)
6777                                 max = zone->managed_pages;
6778
6779                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6780
6781                         reserve_pages += max;
6782                 }
6783         }
6784         totalreserve_pages = reserve_pages;
6785 }
6786
6787 /*
6788  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6789  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6790  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6791  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6792  */
6793 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6794 {
6795         struct pglist_data *pgdat;
6796         enum zone_type j, idx;
6797
6798         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6799                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6800                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6801                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6802
6803                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6804
6805                         idx = j;
6806                         while (idx) {
6807                                 struct zone *lower_zone;
6808
6809                                 idx--;
6810
6811                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6812                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6813
6814                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6815                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6816                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6817                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6818                         }
6819                 }
6820         }
6821
6822         /* update totalreserve_pages */
6823         calculate_totalreserve_pages();
6824 }
6825
6826 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6827 {
6828         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6829         unsigned long lowmem_pages = 0;
6830         struct zone *zone;
6831         unsigned long flags;
6832
6833         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6834         for_each_zone(zone) {
6835                 if (!is_highmem(zone))
6836                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6837         }
6838
6839         for_each_zone(zone) {
6840                 u64 tmp;
6841
6842                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6843                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6844                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6845                 if (is_highmem(zone)) {
6846                         /*
6847                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6848                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6849                          * value here.
6850                          *
6851                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6852                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6853                          * not be capped for highmem.
6854                          */
6855                         unsigned long min_pages;
6856
6857                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6858                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6859                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6860                 } else {
6861                         /*
6862                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6863                          * proportionate to the zone's size.
6864                          */
6865                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6866                 }
6867
6868                 /*
6869                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6870                  * scale factor in proportion to available memory, but
6871                  * ensure a minimum size on small systems.
6872                  */
6873                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6874                             mult_frac(zone->managed_pages,
6875                                       watermark_scale_factor, 10000));
6876
6877                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6878                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6879
6880                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6881         }
6882
6883         /* update totalreserve_pages */
6884         calculate_totalreserve_pages();
6885 }
6886
6887 /**
6888  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6889  * or when memory is hot-{added|removed}
6890  *
6891  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6892  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6893  */
6894 void setup_per_zone_wmarks(void)
6895 {
6896         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6897         __setup_per_zone_wmarks();
6898         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6899 }
6900
6901 /*
6902  * Initialise min_free_kbytes.
6903  *
6904  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6905  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6906  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6907  *
6908  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6909  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6910  *
6911  * which yields
6912  *
6913  * 16MB:        512k
6914  * 32MB:        724k
6915  * 64MB:        1024k
6916  * 128MB:       1448k
6917  * 256MB:       2048k
6918  * 512MB:       2896k
6919  * 1024MB:      4096k
6920  * 2048MB:      5792k
6921  * 4096MB:      8192k
6922  * 8192MB:      11584k
6923  * 16384MB:     16384k
6924  */
6925 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6926 {
6927         unsigned long lowmem_kbytes;
6928         int new_min_free_kbytes;
6929
6930         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6931         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6932
6933         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6934                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6935                 if (min_free_kbytes < 128)
6936                         min_free_kbytes = 128;
6937                 if (min_free_kbytes > 65536)
6938                         min_free_kbytes = 65536;
6939         } else {
6940                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6941                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6942         }
6943         setup_per_zone_wmarks();
6944         refresh_zone_stat_thresholds();
6945         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6946
6947 #ifdef CONFIG_NUMA
6948         setup_min_unmapped_ratio();
6949         setup_min_slab_ratio();
6950 #endif
6951
6952         return 0;
6953 }
6954 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6955
6956 /*
6957  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6958  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6959  *      changes.
6960  */
6961 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6962         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6963 {
6964         int rc;
6965
6966         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6967         if (rc)
6968                 return rc;
6969
6970         if (write) {
6971                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6972                 setup_per_zone_wmarks();
6973         }
6974         return 0;
6975 }
6976
6977 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6978         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6979 {
6980         int rc;
6981
6982         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6983         if (rc)
6984                 return rc;
6985
6986         if (write)
6987                 setup_per_zone_wmarks();
6988
6989         return 0;
6990 }
6991
6992 #ifdef CONFIG_NUMA
6993 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6994 {
6995         pg_data_t *pgdat;
6996         struct zone *zone;
6997
6998         for_each_online_pgdat(pgdat)
6999                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7000
7001         for_each_zone(zone)
7002                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7003                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7004 }
7005
7006
7007 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7008         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7009 {
7010         int rc;
7011
7012         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7013         if (rc)
7014                 return rc;
7015
7016         setup_min_unmapped_ratio();
7017
7018         return 0;
7019 }
7020
7021 static void setup_min_slab_ratio(void)
7022 {
7023         pg_data_t *pgdat;
7024         struct zone *zone;
7025
7026         for_each_online_pgdat(pgdat)
7027                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7028
7029         for_each_zone(zone)
7030                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7031                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7032 }
7033
7034 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7035         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7036 {
7037         int rc;
7038
7039         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7040         if (rc)
7041                 return rc;
7042
7043         setup_min_slab_ratio();
7044
7045         return 0;
7046 }
7047 #endif
7048
7049 /*
7050  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7051  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7052  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7053  *
7054  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7055  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7056  * if in function of the boot time zone sizes.
7057  */
7058 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7059         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7060 {
7061         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7062         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7063         return 0;
7064 }
7065
7066 /*
7067  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7068  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7069  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7070  */
7071 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7072         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7073 {
7074         struct zone *zone;
7075         int old_percpu_pagelist_fraction;
7076         int ret;
7077
7078         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7079         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7080
7081         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7082         if (!write || ret < 0)
7083                 goto out;
7084
7085         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7086         if (percpu_pagelist_fraction &&
7087             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7088                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7089                 ret = -EINVAL;
7090                 goto out;
7091         }
7092
7093         /* No change? */
7094         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7095                 goto out;
7096
7097         for_each_populated_zone(zone) {
7098                 unsigned int cpu;
7099
7100                 for_each_possible_cpu(cpu)
7101                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7102                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7103         }
7104 out:
7105         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7106         return ret;
7107 }
7108
7109 #ifdef CONFIG_NUMA
7110 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7111
7112 static int __init set_hashdist(char *str)
7113 {
7114         if (!str)
7115                 return 0;
7116         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7117         return 1;
7118 }
7119 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7120 #endif
7121
7122 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7123 /*
7124  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7125  * is not known to alloc_large_system_hash().
7126  */
7127 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7128 {
7129         return 0;
7130 }
7131 #endif
7132
7133 /*
7134  * allocate a large system hash table from bootmem
7135  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7136  *   quantity of entries
7137  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7138  */
7139 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7140                                      unsigned long bucketsize,
7141                                      unsigned long numentries,
7142                                      int scale,
7143                                      int flags,
7144                                      unsigned int *_hash_shift,
7145                                      unsigned int *_hash_mask,
7146                                      unsigned long low_limit,
7147                                      unsigned long high_limit)
7148 {
7149         unsigned long long max = high_limit;
7150         unsigned long log2qty, size;
7151         void *table = NULL;
7152
7153         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7154         if (!numentries) {
7155                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7156                 numentries = nr_kernel_pages;
7157                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7158
7159                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7160                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7161                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7162
7163                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7164                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7165                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7166                 else
7167                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7168
7169                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7170                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7171                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7172                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7173                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7174                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7175                                 BUG_ON(!numentries);
7176                         }
7177                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7178                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7179         }
7180         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7181
7182         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7183         if (max == 0) {
7184                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7185                 do_div(max, bucketsize);
7186         }
7187         max = min(max, 0x80000000ULL);
7188
7189         if (numentries < low_limit)
7190                 numentries = low_limit;
7191         if (numentries > max)
7192                 numentries = max;
7193
7194         log2qty = ilog2(numentries);
7195
7196         do {
7197                 size = bucketsize << log2qty;
7198                 if (flags & HASH_EARLY)
7199                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7200                 else if (hashdist)
7201                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7202                 else {
7203                         /*
7204                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7205                          * some pages at the end of hash table which
7206                          * alloc_pages_exact() automatically does
7207                          */
7208                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7209                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7210                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7211                         }
7212                 }
7213         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7214
7215         if (!table)
7216                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7217
7218         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7219                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7220
7221         if (_hash_shift)
7222                 *_hash_shift = log2qty;
7223         if (_hash_mask)
7224                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7225
7226         return table;
7227 }
7228
7229 /*
7230  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7231  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7232  *
7233  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7234  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7235  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7236  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7237  */
7238 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7239                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7240 {
7241         unsigned long pfn, iter, found;
7242         int mt;
7243
7244         /*
7245          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7246          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7247          */
7248         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7249                 return false;
7250         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7251         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7252                 return false;
7253
7254         pfn = page_to_pfn(page);
7255         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7256                 unsigned long check = pfn + iter;
7257
7258                 if (!pfn_valid_within(check))
7259                         continue;
7260
7261                 page = pfn_to_page(check);
7262
7263                 /*
7264                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7265                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7266                  * handle each tail page individually in migration.
7267                  */
7268                 if (PageHuge(page)) {
7269                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7270                         continue;
7271                 }
7272
7273                 /*
7274                  * We can't use page_count without pin a page
7275                  * because another CPU can free compound page.
7276                  * This check already skips compound tails of THP
7277                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7278                  */
7279                 if (!page_ref_count(page)) {
7280                         if (PageBuddy(page))
7281                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7282                         continue;
7283                 }
7284
7285                 /*
7286                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7287                  * page_count() is not 0.
7288                  */
7289                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7290                         continue;
7291
7292                 if (__PageMovable(page))
7293                         continue;
7294
7295                 if (!PageLRU(page))
7296                         found++;
7297                 /*
7298                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7299                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7300                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7301                  */
7302                 /*
7303                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7304                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7305                  *
7306                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7307                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7308                  * page at boot.
7309                  */
7310                 if (found > count)
7311                         return true;
7312         }
7313         return false;
7314 }
7315
7316 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7317 {
7318         struct zone *zone;
7319         unsigned long pfn;
7320
7321         /*
7322          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7323          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7324          * the zone but still within the section.
7325          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7326          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7327          */
7328         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7329                 return false;
7330
7331         zone = page_zone(page);
7332         pfn = page_to_pfn(page);
7333         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7334                 return false;
7335
7336         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7337 }
7338
7339 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7340
7341 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7342 {
7343         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7344                              pageblock_nr_pages) - 1);
7345 }
7346
7347 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7348 {
7349         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7350                                 pageblock_nr_pages));
7351 }
7352
7353 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7354 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7355                                         unsigned long start, unsigned long end)
7356 {
7357         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7358         unsigned long nr_reclaimed;
7359         unsigned long pfn = start;
7360         unsigned int tries = 0;
7361         int ret = 0;
7362
7363         migrate_prep();
7364
7365         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7366                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7367                         ret = -EINTR;
7368                         break;
7369                 }
7370
7371                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7372                         cc->nr_migratepages = 0;
7373                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7374                         if (!pfn) {
7375                                 ret = -EINTR;
7376                                 break;
7377                         }
7378                         tries = 0;
7379                 } else if (++tries == 5) {
7380                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7381                         break;
7382                 }
7383
7384                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7385                                                         &cc->migratepages);
7386                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7387
7388                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7389                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7390         }
7391         if (ret < 0) {
7392                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7393                 return ret;
7394         }
7395         return 0;
7396 }
7397
7398 /**
7399  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7400  * @start:      start PFN to allocate
7401  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7402  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7403  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7404  *                      in range must have the same migratetype and it must
7405  *                      be either of the two.
7406  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7407  *
7408  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7409  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7410  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7411  * pages fall in.
7412  *
7413  * The PFN range must belong to a single zone.
7414  *
7415  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7416  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7417  * need to be freed with free_contig_range().
7418  */
7419 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7420                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7421 {
7422         unsigned long outer_start, outer_end;
7423         unsigned int order;
7424         int ret = 0;
7425
7426         struct compact_control cc = {
7427                 .nr_migratepages = 0,
7428                 .order = -1,
7429                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7430                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7431                 .ignore_skip_hint = true,
7432                 .gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask),
7433         };
7434         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7435
7436         /*
7437          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7438          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7439          * have different sizes, and due to the way page allocator
7440          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7441          * that page allocator won't try to merge buddies from
7442          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7443          * other migration type.
7444          *
7445          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7446          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7447          * we are interested in).  This will put all the pages in
7448          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7449          *
7450          * When this is done, we take the pages in range from page
7451          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7452          * page allocator will never consider using them.
7453          *
7454          * This lets us mark the pageblocks back as
7455          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7456          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7457          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7458          */
7459
7460         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7461                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7462                                        false);
7463         if (ret)
7464                 return ret;
7465
7466         /*
7467          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7468          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7469          */
7470         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7471         if (ret && ret != -EBUSY)
7472                 goto done;
7473
7474         /*
7475          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7476          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7477          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7478          * What we are going to do is to allocate all pages from
7479          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7480          *
7481          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7482          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7483          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7484          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7485          * once this is done free the pages we are not interested in.
7486          *
7487          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7488          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7489          */
7490
7491         lru_add_drain_all();
7492         drain_all_pages(cc.zone);
7493
7494         order = 0;
7495         outer_start = start;
7496         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7497                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7498                         outer_start = start;
7499                         break;
7500                 }
7501                 outer_start &= ~0UL << order;
7502         }
7503
7504         if (outer_start != start) {
7505                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7506
7507                 /*
7508                  * outer_start page could be small order buddy page and
7509                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7510                  * in this case to report failed page properly
7511                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7512                  */
7513                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7514                         outer_start = start;
7515         }
7516
7517         /* Make sure the range is really isolated. */
7518         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7519                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7520                         __func__, outer_start, end);
7521                 ret = -EBUSY;
7522                 goto done;
7523         }
7524
7525         /* Grab isolated pages from freelists. */
7526         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7527         if (!outer_end) {
7528                 ret = -EBUSY;
7529                 goto done;
7530         }
7531
7532         /* Free head and tail (if any) */
7533         if (start != outer_start)
7534                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7535         if (end != outer_end)
7536                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7537
7538 done:
7539         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7540                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7541         return ret;
7542 }
7543
7544 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7545 {
7546         unsigned int count = 0;
7547
7548         for (; nr_pages--; pfn++) {
7549                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7550
7551                 count += page_count(page) != 1;
7552                 __free_page(page);
7553         }
7554         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7555 }
7556 #endif
7557
7558 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7559 /*
7560  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7561  * page high values need to be recalulated.
7562  */
7563 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7564 {
7565         unsigned cpu;
7566         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7567         for_each_possible_cpu(cpu)
7568                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7569                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7570         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7571 }
7572 #endif
7573
7574 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7575 {
7576         unsigned long flags;
7577         int cpu;
7578         struct per_cpu_pageset *pset;
7579
7580         /* avoid races with drain_pages()  */
7581         local_irq_save(flags);
7582         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7583                 for_each_online_cpu(cpu) {
7584                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7585                         drain_zonestat(zone, pset);
7586                 }
7587                 free_percpu(zone->pageset);
7588                 zone->pageset = &boot_pageset;
7589         }
7590         local_irq_restore(flags);
7591 }
7592
7593 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7594 /*
7595  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7596  * before calling this.
7597  */
7598 void
7599 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7600 {
7601         struct page *page;
7602         struct zone *zone;
7603         unsigned int order, i;
7604         unsigned long pfn;
7605         unsigned long flags;
7606         /* find the first valid pfn */
7607         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7608                 if (pfn_valid(pfn))
7609                         break;
7610         if (pfn == end_pfn)
7611                 return;
7612         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7613         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7614         pfn = start_pfn;
7615         while (pfn < end_pfn) {
7616                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7617                         pfn++;
7618                         continue;
7619                 }
7620                 page = pfn_to_page(pfn);
7621                 /*
7622                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7623                  * page_count() is not 0.
7624                  */
7625                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7626                         pfn++;
7627                         SetPageReserved(page);
7628                         continue;
7629                 }
7630
7631                 BUG_ON(page_count(page));
7632                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7633                 order = page_order(page);
7634 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7635                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7636                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7637 #endif
7638                 list_del(&page->lru);
7639                 rmv_page_order(page);
7640                 zone->free_area[order].nr_free--;
7641                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7642                         SetPageReserved((page+i));
7643                 pfn += (1 << order);
7644         }
7645         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7646 }
7647 #endif
7648
7649 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7650 {
7651         struct zone *zone = page_zone(page);
7652         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7653         unsigned long flags;
7654         unsigned int order;
7655
7656         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7657         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7658                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7659
7660                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7661                         break;
7662         }
7663         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7664
7665         return order < MAX_ORDER;
7666 }