mm/page_owner: initialize page owner without holding the zone lock
[linux-2.6-block.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
290
291         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
292                 return true;
293
294         return false;
295 }
296
297 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
298 {
299         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
300                 return true;
301
302         return false;
303 }
304
305 /*
306  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
307  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
308  */
309 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
310                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
311                                 unsigned long *nr_initialised)
312 {
313         unsigned long max_initialise;
314
315         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
316         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
317                 return true;
318         /*
319          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
320          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
321          */
322         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
323                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
324
325         (*nr_initialised)++;
326         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
327             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
328                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
329                 return false;
330         }
331
332         return true;
333 }
334 #else
335 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
336 {
337 }
338
339 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
340 {
341         return false;
342 }
343
344 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
345 {
346         return false;
347 }
348
349 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
350                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
351                                 unsigned long *nr_initialised)
352 {
353         return true;
354 }
355 #endif
356
357 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
358 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
359                                                         unsigned long pfn)
360 {
361 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
362         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
363 #else
364         return page_zone(page)->pageblock_flags;
365 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
366 }
367
368 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
369 {
370 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
371         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
372         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
373 #else
374         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
375         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
376 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
377 }
378
379 /**
380  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
381  * @page: The page within the block of interest
382  * @pfn: The target page frame number
383  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
384  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
385  *
386  * Return: pageblock_bits flags
387  */
388 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
389                                         unsigned long pfn,
390                                         unsigned long end_bitidx,
391                                         unsigned long mask)
392 {
393         unsigned long *bitmap;
394         unsigned long bitidx, word_bitidx;
395         unsigned long word;
396
397         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
398         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
399         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
400         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
401
402         word = bitmap[word_bitidx];
403         bitidx += end_bitidx;
404         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
405 }
406
407 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
408                                         unsigned long end_bitidx,
409                                         unsigned long mask)
410 {
411         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
412 }
413
414 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
415 {
416         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
417 }
418
419 /**
420  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
421  * @page: The page within the block of interest
422  * @flags: The flags to set
423  * @pfn: The target page frame number
424  * @end_bitidx: The last bit of interest
425  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
426  */
427 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
428                                         unsigned long pfn,
429                                         unsigned long end_bitidx,
430                                         unsigned long mask)
431 {
432         unsigned long *bitmap;
433         unsigned long bitidx, word_bitidx;
434         unsigned long old_word, word;
435
436         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
437
438         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
439         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
440         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
441         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
442
443         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
444
445         bitidx += end_bitidx;
446         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
447         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
448
449         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
450         for (;;) {
451                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
452                 if (word == old_word)
453                         break;
454                 word = old_word;
455         }
456 }
457
458 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
459 {
460         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
461                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
462                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
463
464         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
465                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
466 }
467
468 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
469 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
470 {
471         int ret = 0;
472         unsigned seq;
473         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
474         unsigned long sp, start_pfn;
475
476         do {
477                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
478                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
479                 sp = zone->spanned_pages;
480                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
481                         ret = 1;
482         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
483
484         if (ret)
485                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
486                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
487                         start_pfn, start_pfn + sp);
488
489         return ret;
490 }
491
492 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
495                 return 0;
496         if (zone != page_zone(page))
497                 return 0;
498
499         return 1;
500 }
501 /*
502  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
503  */
504 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
505 {
506         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
507                 return 1;
508         if (!page_is_consistent(zone, page))
509                 return 1;
510
511         return 0;
512 }
513 #else
514 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
515 {
516         return 0;
517 }
518 #endif
519
520 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
521                 unsigned long bad_flags)
522 {
523         static unsigned long resume;
524         static unsigned long nr_shown;
525         static unsigned long nr_unshown;
526
527         /*
528          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
529          * or allow a steady drip of one report per second.
530          */
531         if (nr_shown == 60) {
532                 if (time_before(jiffies, resume)) {
533                         nr_unshown++;
534                         goto out;
535                 }
536                 if (nr_unshown) {
537                         pr_alert(
538                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
539                                 nr_unshown);
540                         nr_unshown = 0;
541                 }
542                 nr_shown = 0;
543         }
544         if (nr_shown++ == 0)
545                 resume = jiffies + 60 * HZ;
546
547         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
548                 current->comm, page_to_pfn(page));
549         __dump_page(page, reason);
550         bad_flags &= page->flags;
551         if (bad_flags)
552                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
553                                                 bad_flags, &bad_flags);
554         dump_page_owner(page);
555
556         print_modules();
557         dump_stack();
558 out:
559         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
560         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
561         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
562 }
563
564 /*
565  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
566  *
567  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
568  *
569  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
570  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
571  *
572  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
573  * page destructors. See compound_page_dtors.
574  *
575  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
576  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
577  */
578
579 void free_compound_page(struct page *page)
580 {
581         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
582 }
583
584 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
585 {
586         int i;
587         int nr_pages = 1 << order;
588
589         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
590         set_compound_order(page, order);
591         __SetPageHead(page);
592         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
593                 struct page *p = page + i;
594                 set_page_count(p, 0);
595                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
596                 set_compound_head(p, page);
597         }
598         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
599 }
600
601 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
602 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
603 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
604                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
605 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
606 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
607
608 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
609 {
610         if (!buf)
611                 return -EINVAL;
612         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
613 }
614 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
615
616 static bool need_debug_guardpage(void)
617 {
618         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
619         if (!debug_pagealloc_enabled())
620                 return false;
621
622         return true;
623 }
624
625 static void init_debug_guardpage(void)
626 {
627         if (!debug_pagealloc_enabled())
628                 return;
629
630         _debug_guardpage_enabled = true;
631 }
632
633 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
634         .need = need_debug_guardpage,
635         .init = init_debug_guardpage,
636 };
637
638 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
639 {
640         unsigned long res;
641
642         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
643                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
644                 return 0;
645         }
646         _debug_guardpage_minorder = res;
647         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
648         return 0;
649 }
650 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
651
652 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
653                                 unsigned int order, int migratetype)
654 {
655         struct page_ext *page_ext;
656
657         if (!debug_guardpage_enabled())
658                 return;
659
660         page_ext = lookup_page_ext(page);
661         if (unlikely(!page_ext))
662                 return;
663
664         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
665
666         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
667         set_page_private(page, order);
668         /* Guard pages are not available for any usage */
669         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
670 }
671
672 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
673                                 unsigned int order, int migratetype)
674 {
675         struct page_ext *page_ext;
676
677         if (!debug_guardpage_enabled())
678                 return;
679
680         page_ext = lookup_page_ext(page);
681         if (unlikely(!page_ext))
682                 return;
683
684         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
685
686         set_page_private(page, 0);
687         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
688                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
689 }
690 #else
691 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
692 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
693                                 unsigned int order, int migratetype) {}
694 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
695                                 unsigned int order, int migratetype) {}
696 #endif
697
698 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
699 {
700         set_page_private(page, order);
701         __SetPageBuddy(page);
702 }
703
704 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
705 {
706         __ClearPageBuddy(page);
707         set_page_private(page, 0);
708 }
709
710 /*
711  * This function checks whether a page is free && is the buddy
712  * we can do coalesce a page and its buddy if
713  * (a) the buddy is not in a hole &&
714  * (b) the buddy is in the buddy system &&
715  * (c) a page and its buddy have the same order &&
716  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
717  *
718  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
719  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
720  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
721  * serialized by zone->lock.
722  *
723  * For recording page's order, we use page_private(page).
724  */
725 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
726                                                         unsigned int order)
727 {
728         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
729                 return 0;
730
731         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
732                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
733                         return 0;
734
735                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
736
737                 return 1;
738         }
739
740         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
741                 /*
742                  * zone check is done late to avoid uselessly
743                  * calculating zone/node ids for pages that could
744                  * never merge.
745                  */
746                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
747                         return 0;
748
749                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
750
751                 return 1;
752         }
753         return 0;
754 }
755
756 /*
757  * Freeing function for a buddy system allocator.
758  *
759  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
760  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
761  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
762  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
763  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
764  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
765  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
766  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
767  * parts of the VM system.
768  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
769  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
770  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
771  * field.
772  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
773  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
774  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
775  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
776  * triggers coalescing into a block of larger size.
777  *
778  * -- nyc
779  */
780
781 static inline void __free_one_page(struct page *page,
782                 unsigned long pfn,
783                 struct zone *zone, unsigned int order,
784                 int migratetype)
785 {
786         unsigned long page_idx;
787         unsigned long combined_idx;
788         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
789         struct page *buddy;
790         unsigned int max_order;
791
792         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
793
794         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
795         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
796
797         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
798         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
799                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
800
801         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
802
803         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
804         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
805
806 continue_merging:
807         while (order < max_order - 1) {
808                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
809                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
810                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
811                         goto done_merging;
812                 /*
813                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
814                  * merge with it and move up one order.
815                  */
816                 if (page_is_guard(buddy)) {
817                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
818                 } else {
819                         list_del(&buddy->lru);
820                         zone->free_area[order].nr_free--;
821                         rmv_page_order(buddy);
822                 }
823                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
824                 page = page + (combined_idx - page_idx);
825                 page_idx = combined_idx;
826                 order++;
827         }
828         if (max_order < MAX_ORDER) {
829                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
830                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
831                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
832                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
833                  *
834                  * We don't want to hit this code for the more frequent
835                  * low-order merging.
836                  */
837                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
838                         int buddy_mt;
839
840                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
841                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
842                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
843
844                         if (migratetype != buddy_mt
845                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
846                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
847                                 goto done_merging;
848                 }
849                 max_order++;
850                 goto continue_merging;
851         }
852
853 done_merging:
854         set_page_order(page, order);
855
856         /*
857          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
858          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
859          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
860          * that is happening, add the free page to the tail of the list
861          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
862          * as a higher order page
863          */
864         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
865                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
866                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
867                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
868                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
869                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
870                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
871                         list_add_tail(&page->lru,
872                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
873                         goto out;
874                 }
875         }
876
877         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
878 out:
879         zone->free_area[order].nr_free++;
880 }
881
882 /*
883  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
884  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
885  * check if necessary.
886  */
887 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
888                                         unsigned long check_flags)
889 {
890         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
891                 return false;
892
893         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
894                         page_ref_count(page) |
895 #ifdef CONFIG_MEMCG
896                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
897 #endif
898                         (page->flags & check_flags)))
899                 return false;
900
901         return true;
902 }
903
904 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
905 {
906         const char *bad_reason;
907         unsigned long bad_flags;
908
909         bad_reason = NULL;
910         bad_flags = 0;
911
912         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
913                 bad_reason = "nonzero mapcount";
914         if (unlikely(page->mapping != NULL))
915                 bad_reason = "non-NULL mapping";
916         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
917                 bad_reason = "nonzero _refcount";
918         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
919                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
920                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
921         }
922 #ifdef CONFIG_MEMCG
923         if (unlikely(page->mem_cgroup))
924                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
925 #endif
926         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
927 }
928
929 static inline int free_pages_check(struct page *page)
930 {
931         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
932                 return 0;
933
934         /* Something has gone sideways, find it */
935         free_pages_check_bad(page);
936         return 1;
937 }
938
939 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
940 {
941         int ret = 1;
942
943         /*
944          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
945          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
946          */
947         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
948
949         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
950                 ret = 0;
951                 goto out;
952         }
953         switch (page - head_page) {
954         case 1:
955                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
956                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
957                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
958                         goto out;
959                 }
960                 break;
961         case 2:
962                 /*
963                  * the second tail page: ->mapping is
964                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
965                  */
966                 break;
967         default:
968                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
969                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
970                         goto out;
971                 }
972                 break;
973         }
974         if (unlikely(!PageTail(page))) {
975                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
976                 goto out;
977         }
978         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
979                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
980                 goto out;
981         }
982         ret = 0;
983 out:
984         page->mapping = NULL;
985         clear_compound_head(page);
986         return ret;
987 }
988
989 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
990                                         unsigned int order, bool check_free)
991 {
992         int bad = 0;
993
994         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
995
996         trace_mm_page_free(page, order);
997         kmemcheck_free_shadow(page, order);
998
999         /*
1000          * Check tail pages before head page information is cleared to
1001          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1002          */
1003         if (unlikely(order)) {
1004                 bool compound = PageCompound(page);
1005                 int i;
1006
1007                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1008
1009                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1010                         if (compound)
1011                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1012                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1013                                 bad++;
1014                                 continue;
1015                         }
1016                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1017                 }
1018         }
1019         if (PageMappingFlags(page))
1020                 page->mapping = NULL;
1021         if (check_free)
1022                 bad += free_pages_check(page);
1023         if (bad)
1024                 return false;
1025
1026         page_cpupid_reset_last(page);
1027         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1028         reset_page_owner(page, order);
1029
1030         if (!PageHighMem(page)) {
1031                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1034                                            PAGE_SIZE << order);
1035         }
1036         arch_free_page(page, order);
1037         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1038         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1039         kasan_free_pages(page, order);
1040
1041         return true;
1042 }
1043
1044 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1045 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1046 {
1047         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1048 }
1049
1050 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return false;
1053 }
1054 #else
1055 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1058 }
1059
1060 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_check(page);
1063 }
1064 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1065
1066 /*
1067  * Frees a number of pages from the PCP lists
1068  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1069  * count is the number of pages to free.
1070  *
1071  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1072  * see if this freeing clears that state.
1073  *
1074  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1075  * pinned" detection logic.
1076  */
1077 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1078                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1079 {
1080         int migratetype = 0;
1081         int batch_free = 0;
1082         unsigned long nr_scanned;
1083         bool isolated_pageblocks;
1084
1085         spin_lock(&zone->lock);
1086         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1087         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1088         if (nr_scanned)
1089                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1090
1091         while (count) {
1092                 struct page *page;
1093                 struct list_head *list;
1094
1095                 /*
1096                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1097                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1098                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1099                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1100                  * lists
1101                  */
1102                 do {
1103                         batch_free++;
1104                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1105                                 migratetype = 0;
1106                         list = &pcp->lists[migratetype];
1107                 } while (list_empty(list));
1108
1109                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1110                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1111                         batch_free = count;
1112
1113                 do {
1114                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1115
1116                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1117                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1118                         list_del(&page->lru);
1119
1120                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1121                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1122                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1123                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1124                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1125                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1126
1127                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1128                                 continue;
1129
1130                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1131                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1132                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1133         }
1134         spin_unlock(&zone->lock);
1135 }
1136
1137 static void free_one_page(struct zone *zone,
1138                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1139                                 unsigned int order,
1140                                 int migratetype)
1141 {
1142         unsigned long nr_scanned;
1143         spin_lock(&zone->lock);
1144         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1145         if (nr_scanned)
1146                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1147
1148         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1149                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1150                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1151         }
1152         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1153         spin_unlock(&zone->lock);
1154 }
1155
1156 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1157                                 unsigned long zone, int nid)
1158 {
1159         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1160         init_page_count(page);
1161         page_mapcount_reset(page);
1162         page_cpupid_reset_last(page);
1163
1164         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1165 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1166         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1167         if (!is_highmem_idx(zone))
1168                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1169 #endif
1170 }
1171
1172 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1173                                         int nid)
1174 {
1175         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1176 }
1177
1178 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1179 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1180 {
1181         pg_data_t *pgdat;
1182         int nid, zid;
1183
1184         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1185                 return;
1186
1187         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1188         pgdat = NODE_DATA(nid);
1189
1190         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1191                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1192
1193                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1194                         break;
1195         }
1196         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1197 }
1198 #else
1199 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1200 {
1201 }
1202 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1203
1204 /*
1205  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1206  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1207  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1208  * sent to the buddy page allocator.
1209  */
1210 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1211 {
1212         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1213         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1214
1215         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1216                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1217                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1218
1219                         init_reserved_page(start_pfn);
1220
1221                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1222                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1223
1224                         SetPageReserved(page);
1225                 }
1226         }
1227 }
1228
1229 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1230 {
1231         unsigned long flags;
1232         int migratetype;
1233         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1234
1235         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1236                 return;
1237
1238         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1239         local_irq_save(flags);
1240         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1241         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1242         local_irq_restore(flags);
1243 }
1244
1245 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1246 {
1247         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1248         struct page *p = page;
1249         unsigned int loop;
1250
1251         prefetchw(p);
1252         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1253                 prefetchw(p + 1);
1254                 __ClearPageReserved(p);
1255                 set_page_count(p, 0);
1256         }
1257         __ClearPageReserved(p);
1258         set_page_count(p, 0);
1259
1260         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1261         set_page_refcounted(page);
1262         __free_pages(page, order);
1263 }
1264
1265 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1266         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1267
1268 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1269
1270 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1271 {
1272         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1273         int nid;
1274
1275         spin_lock(&early_pfn_lock);
1276         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1277         if (nid < 0)
1278                 nid = first_online_node;
1279         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1280
1281         return nid;
1282 }
1283 #endif
1284
1285 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1286 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1287                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1288 {
1289         int nid;
1290
1291         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1292         if (nid >= 0 && nid != node)
1293                 return false;
1294         return true;
1295 }
1296
1297 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1298 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1299 {
1300         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1301 }
1302
1303 #else
1304
1305 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1306 {
1307         return true;
1308 }
1309 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1310                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1311 {
1312         return true;
1313 }
1314 #endif
1315
1316
1317 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1318                                                         unsigned int order)
1319 {
1320         if (early_page_uninitialised(pfn))
1321                 return;
1322         return __free_pages_boot_core(page, order);
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1327  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1328  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1329  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1330  * pageblocks.
1331  *
1332  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1333  *
1334  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1335  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1336  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1337  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1338  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1339  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1340  * page in a pageblock.
1341  */
1342 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1343                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1344 {
1345         struct page *start_page;
1346         struct page *end_page;
1347
1348         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1349         end_pfn--;
1350
1351         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1352                 return NULL;
1353
1354         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1355
1356         if (page_zone(start_page) != zone)
1357                 return NULL;
1358
1359         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1360
1361         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1362         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1363                 return NULL;
1364
1365         return start_page;
1366 }
1367
1368 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1369 {
1370         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1371         unsigned long block_end_pfn;
1372
1373         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1374         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1375                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1376                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1377
1378                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1379
1380                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1381                                              block_end_pfn, zone))
1382                         return;
1383         }
1384
1385         /* We confirm that there is no hole */
1386         zone->contiguous = true;
1387 }
1388
1389 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1390 {
1391         zone->contiguous = false;
1392 }
1393
1394 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1395 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1396                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1397 {
1398         int i;
1399
1400         if (!page)
1401                 return;
1402
1403         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1404         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1405             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1406                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1407                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1408                 return;
1409         }
1410
1411         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1412                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1413 }
1414
1415 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1416 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1417 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1418
1419 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1420 {
1421         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1422                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1423 }
1424
1425 /* Initialise remaining memory on a node */
1426 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1427 {
1428         pg_data_t *pgdat = data;
1429         int nid = pgdat->node_id;
1430         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1431         unsigned long start = jiffies;
1432         unsigned long nr_pages = 0;
1433         unsigned long walk_start, walk_end;
1434         int i, zid;
1435         struct zone *zone;
1436         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1437         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1438
1439         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1440                 pgdat_init_report_one_done();
1441                 return 0;
1442         }
1443
1444         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1445         if (!cpumask_empty(cpumask))
1446                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1447
1448         /* Sanity check boundaries */
1449         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1450         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1451         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1452
1453         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1454         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1455                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1456                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1457                         break;
1458         }
1459
1460         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1461                 unsigned long pfn, end_pfn;
1462                 struct page *page = NULL;
1463                 struct page *free_base_page = NULL;
1464                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1465                 int nr_to_free = 0;
1466
1467                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1468                 pfn = first_init_pfn;
1469                 if (pfn < walk_start)
1470                         pfn = walk_start;
1471                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1472                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1473
1474                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1475                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1476                                 goto free_range;
1477
1478                         /*
1479                          * Ensure pfn_valid is checked every
1480                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1481                          */
1482                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1483                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1484                                         page = NULL;
1485                                         goto free_range;
1486                                 }
1487                         }
1488
1489                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1490                                 page = NULL;
1491                                 goto free_range;
1492                         }
1493
1494                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1495                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1496                                 page++;
1497                         } else {
1498                                 nr_pages += nr_to_free;
1499                                 deferred_free_range(free_base_page,
1500                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1501                                 free_base_page = NULL;
1502                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1503
1504                                 page = pfn_to_page(pfn);
1505                                 cond_resched();
1506                         }
1507
1508                         if (page->flags) {
1509                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1510                                 goto free_range;
1511                         }
1512
1513                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1514                         if (!free_base_page) {
1515                                 free_base_page = page;
1516                                 free_base_pfn = pfn;
1517                                 nr_to_free = 0;
1518                         }
1519                         nr_to_free++;
1520
1521                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1522                         continue;
1523 free_range:
1524                         /* Free the current block of pages to allocator */
1525                         nr_pages += nr_to_free;
1526                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1527                                                                 nr_to_free);
1528                         free_base_page = NULL;
1529                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1530                 }
1531
1532                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1533         }
1534
1535         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1536         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1537
1538         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1539                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1540
1541         pgdat_init_report_one_done();
1542         return 0;
1543 }
1544 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1545
1546 void __init page_alloc_init_late(void)
1547 {
1548         struct zone *zone;
1549
1550 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1551         int nid;
1552
1553         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1554         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1555         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1556                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1557         }
1558
1559         /* Block until all are initialised */
1560         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1561
1562         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1563         files_maxfiles_init();
1564 #endif
1565
1566         for_each_populated_zone(zone)
1567                 set_zone_contiguous(zone);
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_CMA
1571 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1572 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1573 {
1574         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1575         struct page *p = page;
1576
1577         do {
1578                 __ClearPageReserved(p);
1579                 set_page_count(p, 0);
1580         } while (++p, --i);
1581
1582         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1583
1584         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1585                 i = pageblock_nr_pages;
1586                 p = page;
1587                 do {
1588                         set_page_refcounted(p);
1589                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1590                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1591                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1592         } else {
1593                 set_page_refcounted(page);
1594                 __free_pages(page, pageblock_order);
1595         }
1596
1597         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1598 }
1599 #endif
1600
1601 /*
1602  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1603  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1604  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1605  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1606  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1607  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1608  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1609  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1610  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1611  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1612  *
1613  * -- nyc
1614  */
1615 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1616         int low, int high, struct free_area *area,
1617         int migratetype)
1618 {
1619         unsigned long size = 1 << high;
1620
1621         while (high > low) {
1622                 area--;
1623                 high--;
1624                 size >>= 1;
1625                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1626
1627                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1628                         debug_guardpage_enabled() &&
1629                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1630                         /*
1631                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1632                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1633                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1634                          * pages will stay not present in virtual address space
1635                          */
1636                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1637                         continue;
1638                 }
1639                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1640                 area->nr_free++;
1641                 set_page_order(&page[size], high);
1642         }
1643 }
1644
1645 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1646 {
1647         const char *bad_reason = NULL;
1648         unsigned long bad_flags = 0;
1649
1650         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1651                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1652         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1653                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1654         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1655                 bad_reason = "nonzero _count";
1656         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1657                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1658                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1659                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1660                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1661                 return;
1662         }
1663         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1664                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1665                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1666         }
1667 #ifdef CONFIG_MEMCG
1668         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1669                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1670 #endif
1671         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1672 }
1673
1674 /*
1675  * This page is about to be returned from the page allocator
1676  */
1677 static inline int check_new_page(struct page *page)
1678 {
1679         if (likely(page_expected_state(page,
1680                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1681                 return 0;
1682
1683         check_new_page_bad(page);
1684         return 1;
1685 }
1686
1687 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1688 {
1689         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1690                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1691 }
1692
1693 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1694 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1695 {
1696         return false;
1697 }
1698
1699 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1700 {
1701         return check_new_page(page);
1702 }
1703 #else
1704 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1705 {
1706         return check_new_page(page);
1707 }
1708 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1709 {
1710         return false;
1711 }
1712 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1713
1714 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1715 {
1716         int i;
1717         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1718                 struct page *p = page + i;
1719
1720                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1721                         return true;
1722         }
1723
1724         return false;
1725 }
1726
1727 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1728                                                         unsigned int alloc_flags)
1729 {
1730         int i;
1731         bool poisoned = true;
1732
1733         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1734                 struct page *p = page + i;
1735                 if (poisoned)
1736                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1737         }
1738
1739         set_page_private(page, 0);
1740         set_page_refcounted(page);
1741
1742         arch_alloc_page(page, order);
1743         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1744         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1745         kasan_alloc_pages(page, order);
1746
1747         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1748                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1749                         clear_highpage(page + i);
1750
1751         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1752                 prep_compound_page(page, order);
1753
1754         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1755
1756         /*
1757          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1758          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1759          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1760          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1761          */
1762         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1763                 set_page_pfmemalloc(page);
1764         else
1765                 clear_page_pfmemalloc(page);
1766 }
1767
1768 /*
1769  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1770  * the smallest available page from the freelists
1771  */
1772 static inline
1773 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1774                                                 int migratetype)
1775 {
1776         unsigned int current_order;
1777         struct free_area *area;
1778         struct page *page;
1779
1780         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1781         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1782                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1783                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1784                                                         struct page, lru);
1785                 if (!page)
1786                         continue;
1787                 list_del(&page->lru);
1788                 rmv_page_order(page);
1789                 area->nr_free--;
1790                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1791                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1792                 return page;
1793         }
1794
1795         return NULL;
1796 }
1797
1798
1799 /*
1800  * This array describes the order lists are fallen back to when
1801  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1802  */
1803 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1804         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1805         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1806         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1807 #ifdef CONFIG_CMA
1808         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1809 #endif
1810 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1811         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1812 #endif
1813 };
1814
1815 #ifdef CONFIG_CMA
1816 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1817                                         unsigned int order)
1818 {
1819         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1820 }
1821 #else
1822 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1823                                         unsigned int order) { return NULL; }
1824 #endif
1825
1826 /*
1827  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1828  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1829  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1830  */
1831 int move_freepages(struct zone *zone,
1832                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1833                           int migratetype)
1834 {
1835         struct page *page;
1836         unsigned int order;
1837         int pages_moved = 0;
1838
1839 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1840         /*
1841          * page_zone is not safe to call in this context when
1842          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1843          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1844          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1845          * grouping pages by mobility
1846          */
1847         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1848 #endif
1849
1850         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1851                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1852                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1853
1854                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1855                         page++;
1856                         continue;
1857                 }
1858
1859                 if (!PageBuddy(page)) {
1860                         page++;
1861                         continue;
1862                 }
1863
1864                 order = page_order(page);
1865                 list_move(&page->lru,
1866                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1867                 page += 1 << order;
1868                 pages_moved += 1 << order;
1869         }
1870
1871         return pages_moved;
1872 }
1873
1874 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1875                                 int migratetype)
1876 {
1877         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1878         struct page *start_page, *end_page;
1879
1880         start_pfn = page_to_pfn(page);
1881         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1882         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1883         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1884         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1885
1886         /* Do not cross zone boundaries */
1887         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1888                 start_page = page;
1889         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1890                 return 0;
1891
1892         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1893 }
1894
1895 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1896                                         int start_order, int migratetype)
1897 {
1898         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1899
1900         while (nr_pageblocks--) {
1901                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1902                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1903         }
1904 }
1905
1906 /*
1907  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1908  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1909  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1910  *
1911  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1912  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1913  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1914  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1915  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1916  * pageblocks.
1917  */
1918 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1919 {
1920         /*
1921          * Leaving this order check is intended, although there is
1922          * relaxed order check in next check. The reason is that
1923          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1924          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1925          * so could be changed anytime.
1926          */
1927         if (order >= pageblock_order)
1928                 return true;
1929
1930         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1931                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1932                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1933                 page_group_by_mobility_disabled)
1934                 return true;
1935
1936         return false;
1937 }
1938
1939 /*
1940  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1941  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1942  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1943  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1944  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1945  */
1946 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1947                                                           int start_type)
1948 {
1949         unsigned int current_order = page_order(page);
1950         int pages;
1951
1952         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1953         if (current_order >= pageblock_order) {
1954                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1955                 return;
1956         }
1957
1958         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1959
1960         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1961         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1962                         page_group_by_mobility_disabled)
1963                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1964 }
1965
1966 /*
1967  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1968  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1969  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1970  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1971  */
1972 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1973                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1974 {
1975         int i;
1976         int fallback_mt;
1977
1978         if (area->nr_free == 0)
1979                 return -1;
1980
1981         *can_steal = false;
1982         for (i = 0;; i++) {
1983                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1984                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1985                         break;
1986
1987                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1988                         continue;
1989
1990                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1991                         *can_steal = true;
1992
1993                 if (!only_stealable)
1994                         return fallback_mt;
1995
1996                 if (*can_steal)
1997                         return fallback_mt;
1998         }
1999
2000         return -1;
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2005  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2006  */
2007 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2008                                 unsigned int alloc_order)
2009 {
2010         int mt;
2011         unsigned long max_managed, flags;
2012
2013         /*
2014          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2015          * Check is race-prone but harmless.
2016          */
2017         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2018         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2019                 return;
2020
2021         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2022
2023         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2024         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2025                 goto out_unlock;
2026
2027         /* Yoink! */
2028         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2029         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2030                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2031                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2032                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2033                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2034         }
2035
2036 out_unlock:
2037         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2042  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2043  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2044  * to recover from than an OOM.
2045  */
2046 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2047 {
2048         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2049         unsigned long flags;
2050         struct zoneref *z;
2051         struct zone *zone;
2052         struct page *page;
2053         int order;
2054
2055         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2056                                                                 ac->nodemask) {
2057                 /* Preserve at least one pageblock */
2058                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2059                         continue;
2060
2061                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2062                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2063                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2064
2065                         page = list_first_entry_or_null(
2066                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2067                                         struct page, lru);
2068                         if (!page)
2069                                 continue;
2070
2071                         /*
2072                          * It should never happen but changes to locking could
2073                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2074                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2075                          * and watch for underflows.
2076                          */
2077                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2078                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2079
2080                         /*
2081                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2082                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2083                          * is doing the work and needs the pages. More
2084                          * importantly, if the block was always converted to
2085                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2086                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2087                          * may increase.
2088                          */
2089                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2090                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2091                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2092                         return;
2093                 }
2094                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2095         }
2096 }
2097
2098 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2099 static inline struct page *
2100 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2101 {
2102         struct free_area *area;
2103         unsigned int current_order;
2104         struct page *page;
2105         int fallback_mt;
2106         bool can_steal;
2107
2108         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2109         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2110                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2111                                 --current_order) {
2112                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2113                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2114                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2115                 if (fallback_mt == -1)
2116                         continue;
2117
2118                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2119                                                 struct page, lru);
2120                 if (can_steal)
2121                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2122
2123                 /* Remove the page from the freelists */
2124                 area->nr_free--;
2125                 list_del(&page->lru);
2126                 rmv_page_order(page);
2127
2128                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2129                                         start_migratetype);
2130                 /*
2131                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2132                  * migratetype depending on the decisions in
2133                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2134                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2135                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2136                  */
2137                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2138
2139                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2140                         start_migratetype, fallback_mt);
2141
2142                 return page;
2143         }
2144
2145         return NULL;
2146 }
2147
2148 /*
2149  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2150  * Call me with the zone->lock already held.
2151  */
2152 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2153                                 int migratetype)
2154 {
2155         struct page *page;
2156
2157         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2158         if (unlikely(!page)) {
2159                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2160                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2161
2162                 if (!page)
2163                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2164         }
2165
2166         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2167         return page;
2168 }
2169
2170 /*
2171  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2172  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2173  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2174  */
2175 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2176                         unsigned long count, struct list_head *list,
2177                         int migratetype, bool cold)
2178 {
2179         int i;
2180
2181         spin_lock(&zone->lock);
2182         for (i = 0; i < count; ++i) {
2183                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2184                 if (unlikely(page == NULL))
2185                         break;
2186
2187                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2188                         continue;
2189
2190                 /*
2191                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2192                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2193                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2194                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2195                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2196                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2197                  * properly.
2198                  */
2199                 if (likely(!cold))
2200                         list_add(&page->lru, list);
2201                 else
2202                         list_add_tail(&page->lru, list);
2203                 list = &page->lru;
2204                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2205                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2206                                               -(1 << order));
2207         }
2208         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2209         spin_unlock(&zone->lock);
2210         return i;
2211 }
2212
2213 #ifdef CONFIG_NUMA
2214 /*
2215  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2216  * currently executing processor on remote nodes after they have
2217  * expired.
2218  *
2219  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2220  * a single processor.
2221  */
2222 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2223 {
2224         unsigned long flags;
2225         int to_drain, batch;
2226
2227         local_irq_save(flags);
2228         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2229         to_drain = min(pcp->count, batch);
2230         if (to_drain > 0) {
2231                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2232                 pcp->count -= to_drain;
2233         }
2234         local_irq_restore(flags);
2235 }
2236 #endif
2237
2238 /*
2239  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2240  *
2241  * The processor must either be the current processor and the
2242  * thread pinned to the current processor or a processor that
2243  * is not online.
2244  */
2245 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2246 {
2247         unsigned long flags;
2248         struct per_cpu_pageset *pset;
2249         struct per_cpu_pages *pcp;
2250
2251         local_irq_save(flags);
2252         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2253
2254         pcp = &pset->pcp;
2255         if (pcp->count) {
2256                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2257                 pcp->count = 0;
2258         }
2259         local_irq_restore(flags);
2260 }
2261
2262 /*
2263  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2264  *
2265  * The processor must either be the current processor and the
2266  * thread pinned to the current processor or a processor that
2267  * is not online.
2268  */
2269 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2270 {
2271         struct zone *zone;
2272
2273         for_each_populated_zone(zone) {
2274                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2275         }
2276 }
2277
2278 /*
2279  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2280  *
2281  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2282  * the single zone's pages.
2283  */
2284 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2285 {
2286         int cpu = smp_processor_id();
2287
2288         if (zone)
2289                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2290         else
2291                 drain_pages(cpu);
2292 }
2293
2294 /*
2295  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2296  *
2297  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2298  *
2299  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2300  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2301  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2302  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2303  * before the call to on_each_cpu_mask().
2304  */
2305 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2306 {
2307         int cpu;
2308
2309         /*
2310          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2311          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2312          */
2313         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2314
2315         /*
2316          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2317          * as offline notification will cause the notified
2318          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2319          * disables preemption as part of its processing
2320          */
2321         for_each_online_cpu(cpu) {
2322                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2323                 struct zone *z;
2324                 bool has_pcps = false;
2325
2326                 if (zone) {
2327                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2328                         if (pcp->pcp.count)
2329                                 has_pcps = true;
2330                 } else {
2331                         for_each_populated_zone(z) {
2332                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2333                                 if (pcp->pcp.count) {
2334                                         has_pcps = true;
2335                                         break;
2336                                 }
2337                         }
2338                 }
2339
2340                 if (has_pcps)
2341                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2342                 else
2343                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2344         }
2345         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2346                                                                 zone, 1);
2347 }
2348
2349 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2350
2351 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2352 {
2353         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2354         unsigned long flags;
2355         unsigned int order, t;
2356         struct page *page;
2357
2358         if (zone_is_empty(zone))
2359                 return;
2360
2361         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2362
2363         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2364         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2365                 if (pfn_valid(pfn)) {
2366                         page = pfn_to_page(pfn);
2367
2368                         if (page_zone(page) != zone)
2369                                 continue;
2370
2371                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2372                                 swsusp_unset_page_free(page);
2373                 }
2374
2375         for_each_migratetype_order(order, t) {
2376                 list_for_each_entry(page,
2377                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2378                         unsigned long i;
2379
2380                         pfn = page_to_pfn(page);
2381                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2382                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2383                 }
2384         }
2385         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2386 }
2387 #endif /* CONFIG_PM */
2388
2389 /*
2390  * Free a 0-order page
2391  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2392  */
2393 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2394 {
2395         struct zone *zone = page_zone(page);
2396         struct per_cpu_pages *pcp;
2397         unsigned long flags;
2398         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2399         int migratetype;
2400
2401         if (!free_pcp_prepare(page))
2402                 return;
2403
2404         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2405         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2406         local_irq_save(flags);
2407         __count_vm_event(PGFREE);
2408
2409         /*
2410          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2411          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2412          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2413          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2414          * excessively into the page allocator
2415          */
2416         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2417                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2418                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2419                         goto out;
2420                 }
2421                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2422         }
2423
2424         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2425         if (!cold)
2426                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2427         else
2428                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2429         pcp->count++;
2430         if (pcp->count >= pcp->high) {
2431                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2432                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2433                 pcp->count -= batch;
2434         }
2435
2436 out:
2437         local_irq_restore(flags);
2438 }
2439
2440 /*
2441  * Free a list of 0-order pages
2442  */
2443 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2444 {
2445         struct page *page, *next;
2446
2447         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2448                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2449                 free_hot_cold_page(page, cold);
2450         }
2451 }
2452
2453 /*
2454  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2455  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2456  * Each sub-page must be freed individually.
2457  *
2458  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2459  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2460  */
2461 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2462 {
2463         int i;
2464         gfp_t gfp_mask;
2465
2466         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2467         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2468
2469 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2470         /*
2471          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2472          * otherwise free the whole shadow.
2473          */
2474         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2475                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2476 #endif
2477
2478         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2479         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2480         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2481                 set_page_refcounted(page + i);
2482                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2483         }
2484 }
2485 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2486
2487 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2488 {
2489         unsigned long watermark;
2490         struct zone *zone;
2491         int mt;
2492
2493         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2494
2495         zone = page_zone(page);
2496         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2497
2498         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2499                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2500                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2501                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2502                         return 0;
2503
2504                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2505         }
2506
2507         /* Remove page from free list */
2508         list_del(&page->lru);
2509         zone->free_area[order].nr_free--;
2510         rmv_page_order(page);
2511
2512         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2513         if (order >= pageblock_order - 1) {
2514                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2515                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2516                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2517                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2518                                 set_pageblock_migratetype(page,
2519                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2520                 }
2521         }
2522
2523
2524         return 1UL << order;
2525 }
2526
2527 /*
2528  * Update NUMA hit/miss statistics
2529  *
2530  * Must be called with interrupts disabled.
2531  *
2532  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2533  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2534  * memory on behalf of other processes.
2535  */
2536 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2537                                                                 gfp_t flags)
2538 {
2539 #ifdef CONFIG_NUMA
2540         int local_nid = numa_node_id();
2541         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2542
2543         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2544                 local_stat = NUMA_OTHER;
2545                 local_nid = preferred_zone->node;
2546         }
2547
2548         if (z->node == local_nid) {
2549                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2550                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2551         } else {
2552                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2553                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2554         }
2555 #endif
2556 }
2557
2558 /*
2559  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2560  */
2561 static inline
2562 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2563                         struct zone *zone, unsigned int order,
2564                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2565                         int migratetype)
2566 {
2567         unsigned long flags;
2568         struct page *page;
2569         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2570
2571         if (likely(order == 0)) {
2572                 struct per_cpu_pages *pcp;
2573                 struct list_head *list;
2574
2575                 local_irq_save(flags);
2576                 do {
2577                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2578                         list = &pcp->lists[migratetype];
2579                         if (list_empty(list)) {
2580                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2581                                                 pcp->batch, list,
2582                                                 migratetype, cold);
2583                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2584                                         goto failed;
2585                         }
2586
2587                         if (cold)
2588                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2589                         else
2590                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2591
2592                         __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2593                         list_del(&page->lru);
2594                         pcp->count--;
2595
2596                 } while (check_new_pcp(page));
2597         } else {
2598                 /*
2599                  * We most definitely don't want callers attempting to
2600                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2601                  */
2602                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2603                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2604
2605                 do {
2606                         page = NULL;
2607                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2608                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2609                                 if (page)
2610                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2611                         }
2612                         if (!page)
2613                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2614                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2615                 spin_unlock(&zone->lock);
2616                 if (!page)
2617                         goto failed;
2618                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2619                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2620                                           get_pcppage_migratetype(page));
2621         }
2622
2623         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2624             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2625                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2626
2627         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2628         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2629         local_irq_restore(flags);
2630
2631         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2632         return page;
2633
2634 failed:
2635         local_irq_restore(flags);
2636         return NULL;
2637 }
2638
2639 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2640
2641 static struct {
2642         struct fault_attr attr;
2643
2644         bool ignore_gfp_highmem;
2645         bool ignore_gfp_reclaim;
2646         u32 min_order;
2647 } fail_page_alloc = {
2648         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2649         .ignore_gfp_reclaim = true,
2650         .ignore_gfp_highmem = true,
2651         .min_order = 1,
2652 };
2653
2654 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2655 {
2656         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2657 }
2658 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2659
2660 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2661 {
2662         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2663                 return false;
2664         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2665                 return false;
2666         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2667                 return false;
2668         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2669                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2670                 return false;
2671
2672         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2673 }
2674
2675 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2676
2677 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2678 {
2679         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2680         struct dentry *dir;
2681
2682         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2683                                         &fail_page_alloc.attr);
2684         if (IS_ERR(dir))
2685                 return PTR_ERR(dir);
2686
2687         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2688                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2689                 goto fail;
2690         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2691                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2692                 goto fail;
2693         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2694                                 &fail_page_alloc.min_order))
2695                 goto fail;
2696
2697         return 0;
2698 fail:
2699         debugfs_remove_recursive(dir);
2700
2701         return -ENOMEM;
2702 }
2703
2704 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2705
2706 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2707
2708 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2709
2710 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2711 {
2712         return false;
2713 }
2714
2715 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2716
2717 /*
2718  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2719  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2720  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2721  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2722  */
2723 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2724                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2725                          long free_pages)
2726 {
2727         long min = mark;
2728         int o;
2729         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2730
2731         /* free_pages may go negative - that's OK */
2732         free_pages -= (1 << order) - 1;
2733
2734         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2735                 min -= min / 2;
2736
2737         /*
2738          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2739          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2740          * atomic reserve but it avoids a search.
2741          */
2742         if (likely(!alloc_harder))
2743                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2744         else
2745                 min -= min / 4;
2746
2747 #ifdef CONFIG_CMA
2748         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2749         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2750                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2751 #endif
2752
2753         /*
2754          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2755          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2756          * even if a suitable page happened to be free.
2757          */
2758         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2759                 return false;
2760
2761         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2762         if (!order)
2763                 return true;
2764
2765         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2766         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2767                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2768                 int mt;
2769
2770                 if (!area->nr_free)
2771                         continue;
2772
2773                 if (alloc_harder)
2774                         return true;
2775
2776                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2777                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2778                                 return true;
2779                 }
2780
2781 #ifdef CONFIG_CMA
2782                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2783                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2784                         return true;
2785                 }
2786 #endif
2787         }
2788         return false;
2789 }
2790
2791 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2792                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2793 {
2794         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2795                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2796 }
2797
2798 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2799                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2800 {
2801         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2802         long cma_pages = 0;
2803
2804 #ifdef CONFIG_CMA
2805         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2806         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2807                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2808 #endif
2809
2810         /*
2811          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2812          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2813          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2814          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2815          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2816          */
2817         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2818                 return true;
2819
2820         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2821                                         free_pages);
2822 }
2823
2824 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2825                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2826 {
2827         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2828
2829         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2830                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2831
2832         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2833                                                                 free_pages);
2834 }
2835
2836 #ifdef CONFIG_NUMA
2837 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2838 {
2839         return local_zone->node == zone->node;
2840 }
2841
2842 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2843 {
2844         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2845                                 RECLAIM_DISTANCE;
2846 }
2847 #else   /* CONFIG_NUMA */
2848 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2849 {
2850         return true;
2851 }
2852
2853 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2854 {
2855         return true;
2856 }
2857 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2858
2859 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2860 {
2861         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2862
2863         do {
2864                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2865                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2866                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2867                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2868         } while (zone++ != preferred_zone);
2869 }
2870
2871 /*
2872  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2873  * a page.
2874  */
2875 static struct page *
2876 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2877                                                 const struct alloc_context *ac)
2878 {
2879         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2880         struct zone *zone;
2881         bool fair_skipped = false;
2882         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2883
2884 zonelist_scan:
2885         /*
2886          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2887          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2888          */
2889         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2890                                                                 ac->nodemask) {
2891                 struct page *page;
2892                 unsigned long mark;
2893
2894                 if (cpusets_enabled() &&
2895                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2896                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2897                                 continue;
2898                 /*
2899                  * Distribute pages in proportion to the individual
2900                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2901                  * page was allocated in should have no effect on the
2902                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2903                  */
2904                 if (apply_fair) {
2905                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2906                                 fair_skipped = true;
2907                                 continue;
2908                         }
2909                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2910                                 if (fair_skipped)
2911                                         goto reset_fair;
2912                                 apply_fair = false;
2913                         }
2914                 }
2915                 /*
2916                  * When allocating a page cache page for writing, we
2917                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2918                  * limit, such that no single zone holds more than its
2919                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2920                  * The dirty limits take into account the zone's
2921                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2922                  * should be able to balance it without having to
2923                  * write pages from its LRU list.
2924                  *
2925                  * This may look like it could increase pressure on
2926                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2927                  * before they are full.  But the pages that do spill
2928                  * over are limited as the lower zones are protected
2929                  * by this very same mechanism.  It should not become
2930                  * a practical burden to them.
2931                  *
2932                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2933                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2934                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2935                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2936                  * zones are together not big enough to reach the
2937                  * global limit.  The proper fix for these situations
2938                  * will require awareness of zones in the
2939                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2940                  */
2941                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2942                         continue;
2943
2944                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2945                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2946                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2947                         int ret;
2948
2949                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2950                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2951                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2952                                 goto try_this_zone;
2953
2954                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2955                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2956                                 continue;
2957
2958                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2959                         switch (ret) {
2960                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2961                                 /* did not scan */
2962                                 continue;
2963                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2964                                 /* scanned but unreclaimable */
2965                                 continue;
2966                         default:
2967                                 /* did we reclaim enough */
2968                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2969                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2970                                         goto try_this_zone;
2971
2972                                 continue;
2973                         }
2974                 }
2975
2976 try_this_zone:
2977                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2978                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2979                 if (page) {
2980                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2981
2982                         /*
2983                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2984                          * if the pageblock should be reserved for the future
2985                          */
2986                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2987                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2988
2989                         return page;
2990                 }
2991         }
2992
2993         /*
2994          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2995          * local node.  However, the local node might have free pages left
2996          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2997          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2998          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2999          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3000          */
3001         if (fair_skipped) {
3002 reset_fair:
3003                 apply_fair = false;
3004                 fair_skipped = false;
3005                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3006                 z = ac->preferred_zoneref;
3007                 goto zonelist_scan;
3008         }
3009
3010         return NULL;
3011 }
3012
3013 /*
3014  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3015  * meminfo in irq context.
3016  */
3017 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3018 {
3019         bool ret = false;
3020
3021 #if NODES_SHIFT > 8
3022         ret = in_interrupt();
3023 #endif
3024         return ret;
3025 }
3026
3027 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3028                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3029                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3030
3031 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3032 {
3033         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3034
3035         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3036             debug_guardpage_minorder() > 0)
3037                 return;
3038
3039         /*
3040          * This documents exceptions given to allocations in certain
3041          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3042          * of allowed nodes.
3043          */
3044         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3045                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3046                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3047                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3048         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3049                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3050
3051         if (fmt) {
3052                 struct va_format vaf;
3053                 va_list args;
3054
3055                 va_start(args, fmt);
3056
3057                 vaf.fmt = fmt;
3058                 vaf.va = &args;
3059
3060                 pr_warn("%pV", &vaf);
3061
3062                 va_end(args);
3063         }
3064
3065         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3066                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3067         dump_stack();
3068         if (!should_suppress_show_mem())
3069                 show_mem(filter);
3070 }
3071
3072 static inline struct page *
3073 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3074         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3075 {
3076         struct oom_control oc = {
3077                 .zonelist = ac->zonelist,
3078                 .nodemask = ac->nodemask,
3079                 .memcg = NULL,
3080                 .gfp_mask = gfp_mask,
3081                 .order = order,
3082         };
3083         struct page *page;
3084
3085         *did_some_progress = 0;
3086
3087         /*
3088          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3089          * making progress for us.
3090          */
3091         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3092                 *did_some_progress = 1;
3093                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3094                 return NULL;
3095         }
3096
3097         /*
3098          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3099          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3100          * we're still under heavy pressure.
3101          */
3102         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3103                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3104         if (page)
3105                 goto out;
3106
3107         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3108                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3109                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3110                         goto out;
3111                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3112                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3113                         goto out;
3114                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3115                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3116                         goto out;
3117                 if (pm_suspended_storage())
3118                         goto out;
3119                 /*
3120                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3121                  * other request to make a forward progress.
3122                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3123                  * do much for this context but let's try it to at least get
3124                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3125                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3126                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3127                  */
3128
3129                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3130                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3131                         goto out;
3132         }
3133         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3134         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3135                 *did_some_progress = 1;
3136
3137                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3138                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3139                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3140                         /*
3141                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3142                          * are depleted
3143                          */
3144                         if (!page)
3145                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3146                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3147                 }
3148         }
3149 out:
3150         mutex_unlock(&oom_lock);
3151         return page;
3152 }
3153
3154
3155 /*
3156  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3157  * killer is consider as the only way to move forward.
3158  */
3159 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3160
3161 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3162 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3163 static struct page *
3164 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3165                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3166                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3167 {
3168         struct page *page;
3169         int contended_compaction;
3170
3171         if (!order)
3172                 return NULL;
3173
3174         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3175         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3176                                                 mode, &contended_compaction);
3177         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3178
3179         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3180                 return NULL;
3181
3182         /*
3183          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3184          * count a compaction stall
3185          */
3186         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3187
3188         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3189                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3190
3191         if (page) {
3192                 struct zone *zone = page_zone(page);
3193
3194                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3195                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3196                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3197                 return page;
3198         }
3199
3200         /*
3201          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3202          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3203          */
3204         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3205
3206         /*
3207          * In all zones where compaction was attempted (and not
3208          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3209          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3210          * so we fallback to base pages instead.
3211          */
3212         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3213                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3214
3215         /*
3216          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3217          * want to further increase allocation latency, unless it is
3218          * khugepaged trying to collapse.
3219          */
3220         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3221                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3222                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3223
3224         cond_resched();
3225
3226         return NULL;
3227 }
3228
3229 static inline bool
3230 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3231                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3232                      int compaction_retries)
3233 {
3234         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3235
3236         if (!order)
3237                 return false;
3238
3239         /*
3240          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3241          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3242          * failure could be caused by weak migration mode.
3243          */
3244         if (compaction_failed(compact_result)) {
3245                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3246                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3247                         return true;
3248                 }
3249                 return false;
3250         }
3251
3252         /*
3253          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3254          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3255          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3256          * compaction.
3257          */
3258         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3259                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3260
3261         /*
3262          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3263          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3264          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3265          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3266          * would need much more detailed feedback from compaction to
3267          * make a better decision.
3268          */
3269         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3270                 max_retries /= 4;
3271         if (compaction_retries <= max_retries)
3272                 return true;
3273
3274         return false;
3275 }
3276 #else
3277 static inline struct page *
3278 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3279                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3280                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3281 {
3282         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3283         return NULL;
3284 }
3285
3286 static inline bool
3287 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3288                      enum compact_result compact_result,
3289                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3290                      int compaction_retries)
3291 {
3292         struct zone *zone;
3293         struct zoneref *z;
3294
3295         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3296                 return false;
3297
3298         /*
3299          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3300          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3301          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3302          * watermarks are OK.
3303          */
3304         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3305                                         ac->nodemask) {
3306                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3307                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3308                         return true;
3309         }
3310         return false;
3311 }
3312 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3313
3314 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3315 static int
3316 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3317                                         const struct alloc_context *ac)
3318 {
3319         struct reclaim_state reclaim_state;
3320         int progress;
3321
3322         cond_resched();
3323
3324         /* We now go into synchronous reclaim */
3325         cpuset_memory_pressure_bump();
3326         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3327         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3328         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3329         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3330
3331         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3332                                                                 ac->nodemask);
3333
3334         current->reclaim_state = NULL;
3335         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3336         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3337
3338         cond_resched();
3339
3340         return progress;
3341 }
3342
3343 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3344 static inline struct page *
3345 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3346                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3347                 unsigned long *did_some_progress)
3348 {
3349         struct page *page = NULL;
3350         bool drained = false;
3351
3352         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3353         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3354                 return NULL;
3355
3356 retry:
3357         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3358                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3359
3360         /*
3361          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3362          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3363          * Shrink them them and try again
3364          */
3365         if (!page && !drained) {
3366                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3367                 drain_all_pages(NULL);
3368                 drained = true;
3369                 goto retry;
3370         }
3371
3372         return page;
3373 }
3374
3375 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3376 {
3377         struct zoneref *z;
3378         struct zone *zone;
3379
3380         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3381                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3382                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3383 }
3384
3385 static inline unsigned int
3386 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3387 {
3388         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3389
3390         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3391         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3392
3393         /*
3394          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3395          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3396          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3397          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3398          */
3399         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3400
3401         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3402                 /*
3403                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3404                  * if it can't schedule.
3405                  */
3406                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3407                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3408                 /*
3409                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3410                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3411                  */
3412                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3413         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3414                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3415
3416         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3417                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3418                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3419                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3420                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3421                 else if (!in_interrupt() &&
3422                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3423                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3424                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3425         }
3426 #ifdef CONFIG_CMA
3427         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3428                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3429 #endif
3430         return alloc_flags;
3431 }
3432
3433 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3434 {
3435         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3436 }
3437
3438 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3439 {
3440         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3441 }
3442
3443 /*
3444  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3445  * is consider as the only way to move forward.
3446  */
3447 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3448
3449 /*
3450  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3451  * for the given allocation request.
3452  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3453  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3454  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3455  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3456  * no_progress_loops).
3457  *
3458  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3459  */
3460 static inline bool
3461 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3462                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3463                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3464 {
3465         struct zone *zone;
3466         struct zoneref *z;
3467
3468         /*
3469          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3470          * several times in the row.
3471          */
3472         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3473                 return false;
3474
3475         /*
3476          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3477          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3478          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3479          * to go OOM.
3480          */
3481         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3482                                         ac->nodemask) {
3483                 unsigned long available;
3484                 unsigned long reclaimable;
3485
3486                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3487                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3488                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3489                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3490
3491                 /*
3492                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3493                  * available?
3494                  */
3495                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3496                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3497                         /*
3498                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3499                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3500                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3501                          * prevent from pre mature OOM
3502                          */
3503                         if (!did_some_progress) {
3504                                 unsigned long writeback;
3505                                 unsigned long dirty;
3506
3507                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3508                                                                      NR_WRITEBACK);
3509                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3510
3511                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3512                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3513                                         return true;
3514                                 }
3515                         }
3516
3517                         /*
3518                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3519                          * context and the current implementation of the WQ
3520                          * concurrency control doesn't recognize that
3521                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3522                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3523                          * do a short sleep here rather than calling
3524                          * cond_resched().
3525                          */
3526                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3527                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3528                         else
3529                                 cond_resched();
3530
3531                         return true;
3532                 }
3533         }
3534
3535         return false;
3536 }
3537
3538 static inline struct page *
3539 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3540                                                 struct alloc_context *ac)
3541 {
3542         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3543         struct page *page = NULL;
3544         unsigned int alloc_flags;
3545         unsigned long did_some_progress;
3546         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3547         enum compact_result compact_result;
3548         int compaction_retries = 0;
3549         int no_progress_loops = 0;
3550
3551         /*
3552          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3553          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3554          * be using allocators in order of preference for an area that is
3555          * too large.
3556          */
3557         if (order >= MAX_ORDER) {
3558                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3559                 return NULL;
3560         }
3561
3562         /*
3563          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3564          * callers that are not in atomic context.
3565          */
3566         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3567                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3568                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3569
3570 retry:
3571         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3572                 wake_all_kswapds(order, ac);
3573
3574         /*
3575          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3576          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3577          * to how we want to proceed.
3578          */
3579         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3580
3581         /*
3582          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3583          * These allocations are high priority and system rather than user
3584          * orientated.
3585          */
3586         if ((alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) || !(alloc_flags & ALLOC_CPUSET)) {
3587                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3588                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3589                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3590         }
3591
3592         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3593         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3594                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3595         if (page)
3596                 goto got_pg;
3597
3598         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3599         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3600                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3601                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3602                 if (page)
3603                         goto got_pg;
3604         }
3605
3606         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3607         if (!can_direct_reclaim) {
3608                 /*
3609                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3610                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3611                  * to fail.
3612                  */
3613                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3614                 goto nopage;
3615         }
3616
3617         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3618         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3619                 /*
3620                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3621                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3622                  * for somebody to do a work for us.
3623                  */
3624                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3625                         cond_resched();
3626                         goto retry;
3627                 }
3628                 goto nopage;
3629         }
3630
3631         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3632         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3633                 goto nopage;
3634
3635         /*
3636          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3637          * attempts after direct reclaim are synchronous
3638          */
3639         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3640                                         migration_mode,
3641                                         &compact_result);
3642         if (page)
3643                 goto got_pg;
3644
3645         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3646         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3647                 /*
3648                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3649                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3650                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3651                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3652                  * instead of entering direct reclaim.
3653                  */
3654                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3655                         goto nopage;
3656
3657                 /*
3658                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3659                  * excessive stalls.
3660                  */
3661                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3662                         goto nopage;
3663         }
3664
3665         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3666                 compaction_retries++;
3667
3668         /* Try direct reclaim and then allocating */
3669         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3670                                                         &did_some_progress);
3671         if (page)
3672                 goto got_pg;
3673
3674         /* Do not loop if specifically requested */
3675         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3676                 goto noretry;
3677
3678         /*
3679          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3680          * __GFP_REPEAT
3681          */
3682         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3683                 goto noretry;
3684
3685         /*
3686          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3687          * their order will become available due to high fragmentation so
3688          * always increment the no progress counter for them
3689          */
3690         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3691                 no_progress_loops = 0;
3692         else
3693                 no_progress_loops++;
3694
3695         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3696                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3697                 goto retry;
3698
3699         /*
3700          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3701          * reclaim is not able to make any progress because the current
3702          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3703          * of free memory (see __compaction_suitable)
3704          */
3705         if (did_some_progress > 0 &&
3706                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3707                                 compact_result, &migration_mode,
3708                                 compaction_retries))
3709                 goto retry;
3710
3711         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3712         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3713         if (page)
3714                 goto got_pg;
3715
3716         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3717         if (did_some_progress) {
3718                 no_progress_loops = 0;
3719                 goto retry;
3720         }
3721
3722 noretry:
3723         /*
3724          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3725          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3726          * reclaim so call directly if necessary.
3727          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3728          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3729          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3730          * at least light sync migration.
3731          */
3732         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3733                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3734         else
3735                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3736         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3737                                             ac, migration_mode,
3738                                             &compact_result);
3739         if (page)
3740                 goto got_pg;
3741 nopage:
3742         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3743 got_pg:
3744         return page;
3745 }
3746
3747 /*
3748  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3749  */
3750 struct page *
3751 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3752                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3753 {
3754         struct page *page;
3755         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3756         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3757         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3758         struct alloc_context ac = {
3759                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3760                 .zonelist = zonelist,
3761                 .nodemask = nodemask,
3762                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3763         };
3764
3765         if (cpusets_enabled()) {
3766                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3767                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3768                 if (!ac.nodemask)
3769                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3770         }
3771
3772         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3773
3774         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3775
3776         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3777
3778         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3779                 return NULL;
3780
3781         /*
3782          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3783          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3784          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3785          */
3786         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3787                 return NULL;
3788
3789         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3790                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3791
3792 retry_cpuset:
3793         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3794
3795         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3796         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3797
3798         /*
3799          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3800          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3801          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3802          */
3803         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3804                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3805         if (!ac.preferred_zoneref) {
3806                 page = NULL;
3807                 goto no_zone;
3808         }
3809
3810         /* First allocation attempt */
3811         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3812         if (likely(page))
3813                 goto out;
3814
3815         /*
3816          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3817          * because I/O on the device might not complete.
3818          */
3819         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3820         ac.spread_dirty_pages = false;
3821
3822         /*
3823          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3824          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3825          */
3826         if (cpusets_enabled())
3827                 ac.nodemask = nodemask;
3828         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3829
3830 no_zone:
3831         /*
3832          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3833          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3834          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3835          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3836          */
3837         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3838                 alloc_mask = gfp_mask;
3839                 goto retry_cpuset;
3840         }
3841
3842 out:
3843         if (kmemcheck_enabled && page)
3844                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3845
3846         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3847
3848         return page;
3849 }
3850 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3851
3852 /*
3853  * Common helper functions.
3854  */
3855 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3856 {
3857         struct page *page;
3858
3859         /*
3860          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3861          * a highmem page
3862          */
3863         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3864
3865         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3866         if (!page)
3867                 return 0;
3868         return (unsigned long) page_address(page);
3869 }
3870 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3871
3872 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3873 {
3874         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3875 }
3876 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3877
3878 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3879 {
3880         if (put_page_testzero(page)) {
3881                 if (order == 0)
3882                         free_hot_cold_page(page, false);
3883                 else
3884                         __free_pages_ok(page, order);
3885         }
3886 }
3887
3888 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3889
3890 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3891 {
3892         if (addr != 0) {
3893                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3894                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3895         }
3896 }
3897
3898 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3899
3900 /*
3901  * Page Fragment:
3902  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3903  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3904  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3905  *
3906  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3907  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3908  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3909  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3910  */
3911 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3912                                        gfp_t gfp_mask)
3913 {
3914         struct page *page = NULL;
3915         gfp_t gfp = gfp_mask;
3916
3917 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3918         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3919                     __GFP_NOMEMALLOC;
3920         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3921                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3922         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3923 #endif
3924         if (unlikely(!page))
3925                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3926
3927         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3928
3929         return page;
3930 }
3931
3932 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3933                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3934 {
3935         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3936         struct page *page;
3937         int offset;
3938
3939         if (unlikely(!nc->va)) {
3940 refill:
3941                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3942                 if (!page)
3943                         return NULL;
3944
3945 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3946                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3947                 size = nc->size;
3948 #endif
3949                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3950                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3951                  */
3952                 page_ref_add(page, size - 1);
3953
3954                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3955                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3956                 nc->pagecnt_bias = size;
3957                 nc->offset = size;
3958         }
3959
3960         offset = nc->offset - fragsz;
3961         if (unlikely(offset < 0)) {
3962                 page = virt_to_page(nc->va);
3963
3964                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3965                         goto refill;
3966
3967 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3968                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3969                 size = nc->size;
3970 #endif
3971                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3972                 set_page_count(page, size);
3973
3974                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3975                 nc->pagecnt_bias = size;
3976                 offset = size - fragsz;
3977         }
3978
3979         nc->pagecnt_bias--;
3980         nc->offset = offset;
3981
3982         return nc->va + offset;
3983 }
3984 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3985
3986 /*
3987  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3988  */
3989 void __free_page_frag(void *addr)
3990 {
3991         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3992
3993         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3994                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3995 }
3996 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3997
3998 /*
3999  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4000  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4001  * equivalent to alloc_pages.
4002  *
4003  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4004  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4005  */
4006 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4007 {
4008         struct page *page;
4009
4010         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4011         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4012                 __free_pages(page, order);
4013                 page = NULL;
4014         }
4015         return page;
4016 }
4017
4018 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4019 {
4020         struct page *page;
4021
4022         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4023         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4024                 __free_pages(page, order);
4025                 page = NULL;
4026         }
4027         return page;
4028 }
4029
4030 /*
4031  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4032  * alloc_kmem_pages.
4033  */
4034 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4035 {
4036         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4037         __free_pages(page, order);
4038 }
4039
4040 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4041 {
4042         if (addr != 0) {
4043                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4044                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4045         }
4046 }
4047
4048 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4049                 size_t size)
4050 {
4051         if (addr) {
4052                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4053                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4054
4055                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4056                 while (used < alloc_end) {
4057                         free_page(used);
4058                         used += PAGE_SIZE;
4059                 }
4060         }
4061         return (void *)addr;
4062 }
4063
4064 /**
4065  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4066  * @size: the number of bytes to allocate
4067  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4068  *
4069  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4070  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4071  * allocate memory in power-of-two pages.
4072  *
4073  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4074  *
4075  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4076  */
4077 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4078 {
4079         unsigned int order = get_order(size);
4080         unsigned long addr;
4081
4082         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4083         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4084 }
4085 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4086
4087 /**
4088  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4089  *                         pages on a node.
4090  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4091  * @size: the number of bytes to allocate
4092  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4093  *
4094  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4095  * back.
4096  */
4097 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4098 {
4099         unsigned int order = get_order(size);
4100         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4101         if (!p)
4102                 return NULL;
4103         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4104 }
4105
4106 /**
4107  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4108  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4109  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4110  *
4111  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4112  */
4113 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4114 {
4115         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4116         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4117
4118         while (addr < end) {
4119                 free_page(addr);
4120                 addr += PAGE_SIZE;
4121         }
4122 }
4123 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4124
4125 /**
4126  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4127  * @offset: The zone index of the highest zone
4128  *
4129  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4130  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4131  * zone, the number of pages is calculated as:
4132  *     managed_pages - high_pages
4133  */
4134 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4135 {
4136         struct zoneref *z;
4137         struct zone *zone;
4138
4139         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4140         unsigned long sum = 0;
4141
4142         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4143
4144         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4145                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4146                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4147                 if (size > high)
4148                         sum += size - high;
4149         }
4150
4151         return sum;
4152 }
4153
4154 /**
4155  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4156  *
4157  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4158  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4159  */
4160 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4161 {
4162         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4163 }
4164 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4165
4166 /**
4167  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4168  *
4169  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4170  * high watermark within all zones.
4171  */
4172 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4173 {
4174         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4175 }
4176
4177 static inline void show_node(struct zone *zone)
4178 {
4179         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4180                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4181 }
4182
4183 long si_mem_available(void)
4184 {
4185         long available;
4186         unsigned long pagecache;
4187         unsigned long wmark_low = 0;
4188         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4189         struct zone *zone;
4190         int lru;
4191
4192         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4193                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4194
4195         for_each_zone(zone)
4196                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4197
4198         /*
4199          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4200          * without causing swapping.
4201          */
4202         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4203
4204         /*
4205          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4206          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4207          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4208          */
4209         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4210         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4211         available += pagecache;
4212
4213         /*
4214          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4215          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4216          */
4217         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4218                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4219
4220         if (available < 0)
4221                 available = 0;
4222         return available;
4223 }
4224 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4225
4226 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4227 {
4228         val->totalram = totalram_pages;
4229         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4230         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4231         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4232         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4233         val->freehigh = nr_free_highpages();
4234         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4235 }
4236
4237 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4238
4239 #ifdef CONFIG_NUMA
4240 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4241 {
4242         int zone_type;          /* needs to be signed */
4243         unsigned long managed_pages = 0;
4244         unsigned long managed_highpages = 0;
4245         unsigned long free_highpages = 0;
4246         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4247
4248         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4249                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4250         val->totalram = managed_pages;
4251         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4252         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4253 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4254         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4255                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4256
4257                 if (is_highmem(zone)) {
4258                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4259                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4260                 }
4261         }
4262         val->totalhigh = managed_highpages;
4263         val->freehigh = free_highpages;
4264 #else
4265         val->totalhigh = managed_highpages;
4266         val->freehigh = free_highpages;
4267 #endif
4268         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4269 }
4270 #endif
4271
4272 /*
4273  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4274  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4275  */
4276 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4277 {
4278         bool ret = false;
4279         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4280
4281         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4282                 goto out;
4283
4284         do {
4285                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4286                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4287         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4288 out:
4289         return ret;
4290 }
4291
4292 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4293
4294 static void show_migration_types(unsigned char type)
4295 {
4296         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4297                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4298                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4299                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4300                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4301 #ifdef CONFIG_CMA
4302                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4303 #endif
4304 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4305                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4306 #endif
4307         };
4308         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4309         char *p = tmp;
4310         int i;
4311
4312         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4313                 if (type & (1 << i))
4314                         *p++ = types[i];
4315         }
4316
4317         *p = '\0';
4318         printk("(%s) ", tmp);
4319 }
4320
4321 /*
4322  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4323  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4324  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4325  *
4326  * Bits in @filter:
4327  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4328  *   cpuset.
4329  */
4330 void show_free_areas(unsigned int filter)
4331 {
4332         unsigned long free_pcp = 0;
4333         int cpu;
4334         struct zone *zone;
4335
4336         for_each_populated_zone(zone) {
4337                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4338                         continue;
4339
4340                 for_each_online_cpu(cpu)
4341                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4342         }
4343
4344         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4345                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4346                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4347                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4348                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4349                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4350                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4351                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4352                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4353                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4354                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4355                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4356                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4357                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4358                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4359                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4360                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4361                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4362                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4363                 global_page_state(NR_SHMEM),
4364                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4365                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4366                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4367                 free_pcp,
4368                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4369
4370         for_each_populated_zone(zone) {
4371                 int i;
4372
4373                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4374                         continue;
4375
4376                 free_pcp = 0;
4377                 for_each_online_cpu(cpu)
4378                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4379
4380                 show_node(zone);
4381                 printk("%s"
4382                         " free:%lukB"
4383                         " min:%lukB"
4384                         " low:%lukB"
4385                         " high:%lukB"
4386                         " active_anon:%lukB"
4387                         " inactive_anon:%lukB"
4388                         " active_file:%lukB"
4389                         " inactive_file:%lukB"
4390                         " unevictable:%lukB"
4391                         " isolated(anon):%lukB"
4392                         " isolated(file):%lukB"
4393                         " present:%lukB"
4394                         " managed:%lukB"
4395                         " mlocked:%lukB"
4396                         " dirty:%lukB"
4397                         " writeback:%lukB"
4398                         " mapped:%lukB"
4399                         " shmem:%lukB"
4400                         " slab_reclaimable:%lukB"
4401                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4402                         " kernel_stack:%lukB"
4403                         " pagetables:%lukB"
4404                         " unstable:%lukB"
4405                         " bounce:%lukB"
4406                         " free_pcp:%lukB"
4407                         " local_pcp:%ukB"
4408                         " free_cma:%lukB"
4409                         " writeback_tmp:%lukB"
4410                         " pages_scanned:%lu"
4411                         " all_unreclaimable? %s"
4412                         "\n",
4413                         zone->name,
4414                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4415                         K(min_wmark_pages(zone)),
4416                         K(low_wmark_pages(zone)),
4417                         K(high_wmark_pages(zone)),
4418                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4419                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4420                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4421                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4422                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4423                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4424                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4425                         K(zone->present_pages),
4426                         K(zone->managed_pages),
4427                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4428                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4429                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4430                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4431                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4432                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4433                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4434                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4435                                 THREAD_SIZE / 1024,
4436                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4437                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4438                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4439                         K(free_pcp),
4440                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4441                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4442                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4443                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4444                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4445                         );
4446                 printk("lowmem_reserve[]:");
4447                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4448                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4449                 printk("\n");
4450         }
4451
4452         for_each_populated_zone(zone) {
4453                 unsigned int order;
4454                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4455                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4456
4457                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4458                         continue;
4459                 show_node(zone);
4460                 printk("%s: ", zone->name);
4461
4462                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4463                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4464                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4465                         int type;
4466
4467                         nr[order] = area->nr_free;
4468                         total += nr[order] << order;
4469
4470                         types[order] = 0;
4471                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4472                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4473                                         types[order] |= 1 << type;
4474                         }
4475                 }
4476                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4477                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4478                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4479                         if (nr[order])
4480                                 show_migration_types(types[order]);
4481                 }
4482                 printk("= %lukB\n", K(total));
4483         }
4484
4485         hugetlb_show_meminfo();
4486
4487         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4488
4489         show_swap_cache_info();
4490 }
4491
4492 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4493 {
4494         zoneref->zone = zone;
4495         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4496 }
4497
4498 /*
4499  * Builds allocation fallback zone lists.
4500  *
4501  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4502  */
4503 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4504                                 int nr_zones)
4505 {
4506         struct zone *zone;
4507         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4508
4509         do {
4510                 zone_type--;
4511                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4512                 if (populated_zone(zone)) {
4513                         zoneref_set_zone(zone,
4514                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4515                         check_highest_zone(zone_type);
4516                 }
4517         } while (zone_type);
4518
4519         return nr_zones;
4520 }
4521
4522
4523 /*
4524  *  zonelist_order:
4525  *  0 = automatic detection of better ordering.
4526  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4527  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4528  *
4529  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4530  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4531  */
4532 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4533 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4534 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4535
4536 /* zonelist order in the kernel.
4537  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4538  */
4539 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4540 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4541
4542
4543 #ifdef CONFIG_NUMA
4544 /* The value user specified ....changed by config */
4545 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4546 /* string for sysctl */
4547 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4548 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4549
4550 /*
4551  * interface for configure zonelist ordering.
4552  * command line option "numa_zonelist_order"
4553  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4554  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4555  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4556  */
4557
4558 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4559 {
4560         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4561                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4562         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4563                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4564         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4565                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4566         } else {
4567                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4568                 return -EINVAL;
4569         }
4570         return 0;
4571 }
4572
4573 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4574 {
4575         int ret;
4576
4577         if (!s)
4578                 return 0;
4579
4580         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4581         if (ret == 0)
4582                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4583
4584         return ret;
4585 }
4586 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4587
4588 /*
4589  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4590  */
4591 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4592                 void __user *buffer, size_t *length,
4593                 loff_t *ppos)
4594 {
4595         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4596         int ret;
4597         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4598
4599         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4600         if (write) {
4601                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4602                         ret = -EINVAL;
4603                         goto out;
4604                 }
4605                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4606         }
4607         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4608         if (ret)
4609                 goto out;
4610         if (write) {
4611                 int oldval = user_zonelist_order;
4612
4613                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4614                 if (ret) {
4615                         /*
4616                          * bogus value.  restore saved string
4617                          */
4618                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4619                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4620                         user_zonelist_order = oldval;
4621                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4622                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4623                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4624                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4625                 }
4626         }
4627 out:
4628         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4629         return ret;
4630 }
4631
4632
4633 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4634 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4635
4636 /**
4637  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4638  * @node: node whose fallback list we're appending
4639  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4640  *
4641  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4642  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4643  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4644  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4645  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4646  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4647  * on them otherwise.
4648  * It returns -1 if no node is found.
4649  */
4650 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4651 {
4652         int n, val;
4653         int min_val = INT_MAX;
4654         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4655         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4656
4657         /* Use the local node if we haven't already */
4658         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4659                 node_set(node, *used_node_mask);
4660                 return node;
4661         }
4662
4663         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4664
4665                 /* Don't want a node to appear more than once */
4666                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4667                         continue;
4668
4669                 /* Use the distance array to find the distance */
4670                 val = node_distance(node, n);
4671
4672                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4673                 val += (n < node);
4674
4675                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4676                 tmp = cpumask_of_node(n);
4677                 if (!cpumask_empty(tmp))
4678                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4679
4680                 /* Slight preference for less loaded node */
4681                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4682                 val += node_load[n];
4683
4684                 if (val < min_val) {
4685                         min_val = val;
4686                         best_node = n;
4687                 }
4688         }
4689
4690         if (best_node >= 0)
4691                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4692
4693         return best_node;
4694 }
4695
4696
4697 /*
4698  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4699  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4700  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4701  */
4702 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4703 {
4704         int j;
4705         struct zonelist *zonelist;
4706
4707         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4708         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4709                 ;
4710         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4711         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4712         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4713 }
4714
4715 /*
4716  * Build gfp_thisnode zonelists
4717  */
4718 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4719 {
4720         int j;
4721         struct zonelist *zonelist;
4722
4723         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4724         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4725         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4726         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4727 }
4728
4729 /*
4730  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4731  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4732  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4733  * may still exist in local DMA zone.
4734  */
4735 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4736
4737 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4738 {
4739         int pos, j, node;
4740         int zone_type;          /* needs to be signed */
4741         struct zone *z;
4742         struct zonelist *zonelist;
4743
4744         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4745         pos = 0;
4746         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4747                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4748                         node = node_order[j];
4749                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4750                         if (populated_zone(z)) {
4751                                 zoneref_set_zone(z,
4752                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4753                                 check_highest_zone(zone_type);
4754                         }
4755                 }
4756         }
4757         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4758         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4759 }
4760
4761 #if defined(CONFIG_64BIT)
4762 /*
4763  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4764  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4765  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4766  */
4767 static int default_zonelist_order(void)
4768 {
4769         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4770 }
4771 #else
4772 /*
4773  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4774  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4775  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4776  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4777  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4778  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4779  */
4780 static int default_zonelist_order(void)
4781 {
4782         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4783 }
4784 #endif /* CONFIG_64BIT */
4785
4786 static void set_zonelist_order(void)
4787 {
4788         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4789                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4790         else
4791                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4792 }
4793
4794 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4795 {
4796         int i, node, load;
4797         nodemask_t used_mask;
4798         int local_node, prev_node;
4799         struct zonelist *zonelist;
4800         unsigned int order = current_zonelist_order;
4801
4802         /* initialize zonelists */
4803         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4804                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4805                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4806                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4807         }
4808
4809         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4810         local_node = pgdat->node_id;
4811         load = nr_online_nodes;
4812         prev_node = local_node;
4813         nodes_clear(used_mask);
4814
4815         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4816         i = 0;
4817
4818         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4819                 /*
4820                  * We don't want to pressure a particular node.
4821                  * So adding penalty to the first node in same
4822                  * distance group to make it round-robin.
4823                  */
4824                 if (node_distance(local_node, node) !=
4825                     node_distance(local_node, prev_node))
4826                         node_load[node] = load;
4827
4828                 prev_node = node;
4829                 load--;
4830                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4831                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4832                 else
4833                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4834         }
4835
4836         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4837                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4838                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4839         }
4840
4841         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4842 }
4843
4844 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4845 /*
4846  * Return node id of node used for "local" allocations.
4847  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4848  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4849  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4850  */
4851 int local_memory_node(int node)
4852 {
4853         struct zoneref *z;
4854
4855         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4856                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4857                                    NULL);
4858         return z->zone->node;
4859 }
4860 #endif
4861
4862 #else   /* CONFIG_NUMA */
4863
4864 static void set_zonelist_order(void)
4865 {
4866         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4867 }
4868
4869 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4870 {
4871         int node, local_node;
4872         enum zone_type j;
4873         struct zonelist *zonelist;
4874
4875         local_node = pgdat->node_id;
4876
4877         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4878         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4879
4880         /*
4881          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4882          * of all the other nodes.
4883          * We don't want to pressure a particular node, so when
4884          * building the zones for node N, we make sure that the
4885          * zones coming right after the local ones are those from
4886          * node N+1 (modulo N)
4887          */
4888         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4889                 if (!node_online(node))
4890                         continue;
4891                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4892         }
4893         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4894                 if (!node_online(node))
4895                         continue;
4896                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4897         }
4898
4899         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4900         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4901 }
4902
4903 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4904
4905 /*
4906  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4907  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4908  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4909  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4910  * with interrupts disabled.
4911  *
4912  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4913  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4914  * hotplugged processors.
4915  *
4916  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4917  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4918  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4919  */
4920 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4921 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4922 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4923
4924 /*
4925  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4926  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4927  */
4928 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4929
4930 /* return values int ....just for stop_machine() */
4931 static int __build_all_zonelists(void *data)
4932 {
4933         int nid;
4934         int cpu;
4935         pg_data_t *self = data;
4936
4937 #ifdef CONFIG_NUMA
4938         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4939 #endif
4940
4941         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4942                 build_zonelists(self);
4943         }
4944
4945         for_each_online_node(nid) {
4946                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4947
4948                 build_zonelists(pgdat);
4949         }
4950
4951         /*
4952          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4953          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4954          * each zone will be allocated later when the per cpu
4955          * allocator is available.
4956          *
4957          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4958          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4959          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4960          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4961          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4962          * (a chicken-egg dilemma).
4963          */
4964         for_each_possible_cpu(cpu) {
4965                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4966
4967 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4968                 /*
4969                  * We now know the "local memory node" for each node--
4970                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4971                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4972                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4973                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4974                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4975                  */
4976                 if (cpu_online(cpu))
4977                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4978 #endif
4979         }
4980
4981         return 0;
4982 }
4983
4984 static noinline void __init
4985 build_all_zonelists_init(void)
4986 {
4987         __build_all_zonelists(NULL);
4988         mminit_verify_zonelist();
4989         cpuset_init_current_mems_allowed();
4990 }
4991
4992 /*
4993  * Called with zonelists_mutex held always
4994  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4995  *
4996  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4997  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4998  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4999  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5000  */
5001 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5002 {
5003         set_zonelist_order();
5004
5005         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5006                 build_all_zonelists_init();
5007         } else {
5008 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5009                 if (zone)
5010                         setup_zone_pageset(zone);
5011 #endif
5012                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5013                    of zonelist */
5014                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5015                 /* cpuset refresh routine should be here */
5016         }
5017         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5018         /*
5019          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5020          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5021          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5022          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5023          * disabled and enable it later
5024          */
5025         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5026                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5027         else
5028                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5029
5030         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5031                 nr_online_nodes,
5032                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5033                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5034                 vm_total_pages);
5035 #ifdef CONFIG_NUMA
5036         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5037 #endif
5038 }
5039
5040 /*
5041  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5042  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5043  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5044  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5045  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5046  * conservative, even though it seems large.
5047  *
5048  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5049  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5050  */
5051 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5052
5053 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5054 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5055 {
5056         unsigned long size = 1;
5057
5058         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5059
5060         while (size < pages)
5061                 size <<= 1;
5062
5063         /*
5064          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5065          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5066          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5067          */
5068         size = min(size, 4096UL);
5069
5070         return max(size, 4UL);
5071 }
5072 #else
5073 /*
5074  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5075  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5076  *
5077  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5078  *
5079  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5080  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5081  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5082  *
5083  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5084  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5085  *
5086  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5087  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5088  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5089  */
5090 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5091 {
5092         return 4096UL;
5093 }
5094 #endif
5095
5096 /*
5097  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5098  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5099  * hash function before the remainder is taken.
5100  */
5101 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5102 {
5103         return ffz(~size);
5104 }
5105
5106 /*
5107  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5108  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5109  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5110  */
5111 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5112                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5113 {
5114         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5115         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5116         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5117         unsigned long pfn;
5118         unsigned long nr_initialised = 0;
5119 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5120         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5121 #endif
5122
5123         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5124                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5125
5126         /*
5127          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5128          * memory
5129          */
5130         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5131                 start_pfn += altmap->reserve;
5132
5133         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5134                 /*
5135                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5136                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5137                  */
5138                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5139                         goto not_early;
5140
5141                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5142                         continue;
5143                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5144                         continue;
5145                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5146                         break;
5147
5148 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5149                 /*
5150                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5151                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5152                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5153                  */
5154                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5155                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5156                                 continue;
5157
5158                 /*
5159                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5160                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5161                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5162                  */
5163                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5164                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5165                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5166                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5167                                                 break;
5168                                 r = tmp;
5169                         }
5170                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5171                             memblock_is_mirror(r)) {
5172                                 /* already initialized as NORMAL */
5173                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5174                                 continue;
5175                         }
5176                 }
5177 #endif
5178
5179 not_early:
5180                 /*
5181                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5182                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5183                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5184                  * the address space during boot when many long-lived
5185                  * kernel allocations are made.
5186                  *
5187                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5188                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5189                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5190                  * pfn out of zone.
5191                  */
5192                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5193                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5194
5195                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5196                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5197                 } else {
5198                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5199                 }
5200         }
5201 }
5202
5203 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5204 {
5205         unsigned int order, t;
5206         for_each_migratetype_order(order, t) {
5207                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5208                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5209         }
5210 }
5211
5212 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5213 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5214         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5215 #endif
5216
5217 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5218 {
5219 #ifdef CONFIG_MMU
5220         int batch;
5221
5222         /*
5223          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5224          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5225          *
5226          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5227          */
5228         batch = zone->managed_pages / 1024;
5229         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5230                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5231         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5232         if (batch < 1)
5233                 batch = 1;
5234
5235         /*
5236          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5237          * of 2 value was found to be more likely to have
5238          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5239          *
5240          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5241          * batches of pages, one task can end up with a lot
5242          * of pages of one half of the possible page colors
5243          * and the other with pages of the other colors.
5244          */
5245         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5246
5247         return batch;
5248
5249 #else
5250         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5251          * conditions.
5252          *
5253          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5254          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5255          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5256          *
5257          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5258          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5259          * can be a significant delay between the individual batches being
5260          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5261          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5262          */
5263         return 0;
5264 #endif
5265 }
5266
5267 /*
5268  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5269  * ->batch must never be higher then ->high.
5270  * The following function updates them in a safe manner without read side
5271  * locking.
5272  *
5273  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5274  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5275  *
5276  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5277  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5278  * exist).
5279  */
5280 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5281                 unsigned long batch)
5282 {
5283        /* start with a fail safe value for batch */
5284         pcp->batch = 1;
5285         smp_wmb();
5286
5287        /* Update high, then batch, in order */
5288         pcp->high = high;
5289         smp_wmb();
5290
5291         pcp->batch = batch;
5292 }
5293
5294 /* a companion to pageset_set_high() */
5295 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5296 {
5297         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5298 }
5299
5300 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5301 {
5302         struct per_cpu_pages *pcp;
5303         int migratetype;
5304
5305         memset(p, 0, sizeof(*p));
5306
5307         pcp = &p->pcp;
5308         pcp->count = 0;
5309         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5310                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5311 }
5312
5313 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5314 {
5315         pageset_init(p);
5316         pageset_set_batch(p, batch);
5317 }
5318
5319 /*
5320  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5321  * to the value high for the pageset p.
5322  */
5323 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5324                                 unsigned long high)
5325 {
5326         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5327         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5328                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5329
5330         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5331 }
5332
5333 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5334                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5335 {
5336         if (percpu_pagelist_fraction)
5337                 pageset_set_high(pcp,
5338                         (zone->managed_pages /
5339                                 percpu_pagelist_fraction));
5340         else
5341                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5342 }
5343
5344 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5345 {
5346         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5347
5348         pageset_init(pcp);
5349         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5350 }
5351
5352 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5353 {
5354         int cpu;
5355         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5356         for_each_possible_cpu(cpu)
5357                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5358 }
5359
5360 /*
5361  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5362  * Before this call only boot pagesets were available.
5363  */
5364 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5365 {
5366         struct zone *zone;
5367
5368         for_each_populated_zone(zone)
5369                 setup_zone_pageset(zone);
5370 }
5371
5372 static noinline __init_refok
5373 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5374 {
5375         int i;
5376         size_t alloc_size;
5377
5378         /*
5379          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5380          * per zone.
5381          */
5382         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5383                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5384         zone->wait_table_bits =
5385                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5386         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5387                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5388
5389         if (!slab_is_available()) {
5390                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5391                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5392                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5393         } else {
5394                 /*
5395                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5396                  * via memory hot-add.
5397                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5398                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5399                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5400                  * node itself as well.
5401                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5402                  * necessary.
5403                  */
5404                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5405         }
5406         if (!zone->wait_table)
5407                 return -ENOMEM;
5408
5409         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5410                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5411
5412         return 0;
5413 }
5414
5415 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5416 {
5417         /*
5418          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5419          * relies on the ability of the linker to provide the
5420          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5421          */
5422         zone->pageset = &boot_pageset;
5423
5424         if (populated_zone(zone))
5425                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5426                         zone->name, zone->present_pages,
5427                                          zone_batchsize(zone));
5428 }
5429
5430 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5431                                         unsigned long zone_start_pfn,
5432                                         unsigned long size)
5433 {
5434         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5435         int ret;
5436         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5437         if (ret)
5438                 return ret;
5439         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5440
5441         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5442
5443         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5444                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5445                         pgdat->node_id,
5446                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5447                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5448
5449         zone_init_free_lists(zone);
5450
5451         return 0;
5452 }
5453
5454 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5455 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5456
5457 /*
5458  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5459  */
5460 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5461                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5462 {
5463         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5464         int nid;
5465
5466         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5467                 return state->last_nid;
5468
5469         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5470         if (nid != -1) {
5471                 state->last_start = start_pfn;
5472                 state->last_end = end_pfn;
5473                 state->last_nid = nid;
5474         }
5475
5476         return nid;
5477 }
5478 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5479
5480 /**
5481  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5482  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5483  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5484  *
5485  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5486  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5487  * memblock_free_early_nid() manually.
5488  */
5489 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5490 {
5491         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5492         int i, this_nid;
5493
5494         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5495                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5496                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5497
5498                 if (start_pfn < end_pfn)
5499                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5500                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5501                                         this_nid);
5502         }
5503 }
5504
5505 /**
5506  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5507  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5508  *
5509  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5510  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5511  */
5512 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5513 {
5514         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5515         int i, this_nid;
5516
5517         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5518                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5519 }
5520
5521 /**
5522  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5523  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5524  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5525  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5526  *
5527  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5528  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5529  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5530  * PFNs will be 0.
5531  */
5532 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5533                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5534 {
5535         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5536         int i;
5537
5538         *start_pfn = -1UL;
5539         *end_pfn = 0;
5540
5541         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5542                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5543                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5544         }
5545
5546         if (*start_pfn == -1UL)
5547                 *start_pfn = 0;
5548 }
5549
5550 /*
5551  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5552  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5553  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5554  */
5555 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5556 {
5557         int zone_index;
5558         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5559                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5560                         continue;
5561
5562                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5563                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5564                         break;
5565         }
5566
5567         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5568         movable_zone = zone_index;
5569 }
5570
5571 /*
5572  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5573  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5574  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5575  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5576  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5577  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5578  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5579  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5580  */
5581 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5582                                         unsigned long zone_type,
5583                                         unsigned long node_start_pfn,
5584                                         unsigned long node_end_pfn,
5585                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5586                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5587 {
5588         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5589         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5590                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5591                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5592                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5593                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5594                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5595
5596                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5597                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5598                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5599         }
5600 }
5601
5602 /*
5603  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5604  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5605  */
5606 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5607                                         unsigned long zone_type,
5608                                         unsigned long node_start_pfn,
5609                                         unsigned long node_end_pfn,
5610                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5611                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5612                                         unsigned long *ignored)
5613 {
5614         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5615         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5616                 return 0;
5617
5618         /* Get the start and end of the zone */
5619         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5620         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5621         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5622                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5623                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5624
5625         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5626         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5627                 return 0;
5628
5629         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5630         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5631         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5632
5633         /* Return the spanned pages */
5634         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5635 }
5636
5637 /*
5638  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5639  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5640  */
5641 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5642                                 unsigned long range_start_pfn,
5643                                 unsigned long range_end_pfn)
5644 {
5645         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5646         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5647         int i;
5648
5649         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5650                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5651                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5652                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5653         }
5654         return nr_absent;
5655 }
5656
5657 /**
5658  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5659  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5660  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5661  *
5662  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5663  */
5664 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5665                                                         unsigned long end_pfn)
5666 {
5667         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5668 }
5669
5670 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5671 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5672                                         unsigned long zone_type,
5673                                         unsigned long node_start_pfn,
5674                                         unsigned long node_end_pfn,
5675                                         unsigned long *ignored)
5676 {
5677         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5678         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5679         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5680         unsigned long nr_absent;
5681
5682         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5683         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5684                 return 0;
5685
5686         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5687         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5688
5689         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5690                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5691                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5692         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5693
5694         /*
5695          * ZONE_MOVABLE handling.
5696          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5697          * and vice versa.
5698          */
5699         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5700                 if (mirrored_kernelcore) {
5701                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5702                         struct memblock_region *r;
5703
5704                         for_each_memblock(memory, r) {
5705                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5706                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5707                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5708                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5709
5710                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5711                                     memblock_is_mirror(r))
5712                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5713
5714                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5715                                     !memblock_is_mirror(r))
5716                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5717                         }
5718                 } else {
5719                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5720                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5721                 }
5722         }
5723
5724         return nr_absent;
5725 }
5726
5727 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5728 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5729                                         unsigned long zone_type,
5730                                         unsigned long node_start_pfn,
5731                                         unsigned long node_end_pfn,
5732                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5733                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5734                                         unsigned long *zones_size)
5735 {
5736         unsigned int zone;
5737
5738         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5739         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5740                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5741
5742         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5743
5744         return zones_size[zone_type];
5745 }
5746
5747 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5748                                                 unsigned long zone_type,
5749                                                 unsigned long node_start_pfn,
5750                                                 unsigned long node_end_pfn,
5751                                                 unsigned long *zholes_size)
5752 {
5753         if (!zholes_size)
5754                 return 0;
5755
5756         return zholes_size[zone_type];
5757 }
5758
5759 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5760
5761 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5762                                                 unsigned long node_start_pfn,
5763                                                 unsigned long node_end_pfn,
5764                                                 unsigned long *zones_size,
5765                                                 unsigned long *zholes_size)
5766 {
5767         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5768         enum zone_type i;
5769
5770         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5771                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5772                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5773                 unsigned long size, real_size;
5774
5775                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5776                                                   node_start_pfn,
5777                                                   node_end_pfn,
5778                                                   &zone_start_pfn,
5779                                                   &zone_end_pfn,
5780                                                   zones_size);
5781                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5782                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5783                                                   zholes_size);
5784                 if (size)
5785                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5786                 else
5787                         zone->zone_start_pfn = 0;
5788                 zone->spanned_pages = size;
5789                 zone->present_pages = real_size;
5790
5791                 totalpages += size;
5792                 realtotalpages += real_size;
5793         }
5794
5795         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5796         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5797         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5798                                                         realtotalpages);
5799 }
5800
5801 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5802 /*
5803  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5804  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5805  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5806  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5807  * bytes.
5808  */
5809 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5810 {
5811         unsigned long usemapsize;
5812
5813         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5814         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5815         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5816         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5817         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5818
5819         return usemapsize / 8;
5820 }
5821
5822 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5823                                 struct zone *zone,
5824                                 unsigned long zone_start_pfn,
5825                                 unsigned long zonesize)
5826 {
5827         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5828         zone->pageblock_flags = NULL;
5829         if (usemapsize)
5830                 zone->pageblock_flags =
5831                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5832                                                          pgdat->node_id);
5833 }
5834 #else
5835 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5836                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5837 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5838
5839 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5840
5841 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5842 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5843 {
5844         unsigned int order;
5845
5846         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5847         if (pageblock_order)
5848                 return;
5849
5850         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5851                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5852         else
5853                 order = MAX_ORDER - 1;
5854
5855         /*
5856          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5857          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5858          * powerpc.
5859          */
5860         pageblock_order = order;
5861 }
5862 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5863
5864 /*
5865  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5866  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5867  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5868  * the kernel config
5869  */
5870 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5871 {
5872 }
5873
5874 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5875
5876 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5877                                                    unsigned long present_pages)
5878 {
5879         unsigned long pages = spanned_pages;
5880
5881         /*
5882          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5883          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5884          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5885          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5886          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5887          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5888          */
5889         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5890             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5891                 pages = present_pages;
5892
5893         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5894 }
5895
5896 /*
5897  * Set up the zone data structures:
5898  *   - mark all pages reserved
5899  *   - mark all memory queues empty
5900  *   - clear the memory bitmaps
5901  *
5902  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5903  */
5904 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5905 {
5906         enum zone_type j;
5907         int nid = pgdat->node_id;
5908         int ret;
5909
5910         pgdat_resize_init(pgdat);
5911 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5912         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5913         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5914         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5915 #endif
5916 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5917         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5918         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5919         pgdat->split_queue_len = 0;
5920 #endif
5921         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5922         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5923 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5924         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5925 #endif
5926         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5927
5928         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5929                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5930                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5931                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5932
5933                 size = zone->spanned_pages;
5934                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5935
5936                 /*
5937                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5938                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5939                  * and per-cpu initialisations
5940                  */
5941                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5942                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5943                         if (freesize >= memmap_pages) {
5944                                 freesize -= memmap_pages;
5945                                 if (memmap_pages)
5946                                         printk(KERN_DEBUG
5947                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5948                                                zone_names[j], memmap_pages);
5949                         } else
5950                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5951                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5952                 }
5953
5954                 /* Account for reserved pages */
5955                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5956                         freesize -= dma_reserve;
5957                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5958                                         zone_names[0], dma_reserve);
5959                 }
5960
5961                 if (!is_highmem_idx(j))
5962                         nr_kernel_pages += freesize;
5963                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5964                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5965                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5966                 nr_all_pages += freesize;
5967
5968                 /*
5969                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5970                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5971                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5972                  */
5973                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5974 #ifdef CONFIG_NUMA
5975                 zone->node = nid;
5976                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5977                                                 / 100;
5978                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5979 #endif
5980                 zone->name = zone_names[j];
5981                 spin_lock_init(&zone->lock);
5982                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5983                 zone_seqlock_init(zone);
5984                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5985                 zone_pcp_init(zone);
5986
5987                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5988                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5989
5990                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5991                 if (!size)
5992                         continue;
5993
5994                 set_pageblock_order();
5995                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5996                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5997                 BUG_ON(ret);
5998                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5999         }
6000 }
6001
6002 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6003 {
6004         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6005         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6006
6007         /* Skip empty nodes */
6008         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6009                 return;
6010
6011 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6012         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6013         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6014         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6015         if (!pgdat->node_mem_map) {
6016                 unsigned long size, end;
6017                 struct page *map;
6018
6019                 /*
6020                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6021                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6022                  * for the buddy allocator to function correctly.
6023                  */
6024                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6025                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6026                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6027                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6028                 if (!map)
6029                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6030                                                                pgdat->node_id);
6031                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6032         }
6033 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6034         /*
6035          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6036          */
6037         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6038                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6039 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6040                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6041                         mem_map -= offset;
6042 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6043         }
6044 #endif
6045 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6046 }
6047
6048 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6049                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6050 {
6051         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6052         unsigned long start_pfn = 0;
6053         unsigned long end_pfn = 0;
6054
6055         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6056         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6057
6058         reset_deferred_meminit(pgdat);
6059         pgdat->node_id = nid;
6060         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6061 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6062         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6063         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6064                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6065                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6066 #else
6067         start_pfn = node_start_pfn;
6068 #endif
6069         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6070                                   zones_size, zholes_size);
6071
6072         alloc_node_mem_map(pgdat);
6073 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6074         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6075                 nid, (unsigned long)pgdat,
6076                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6077 #endif
6078
6079         free_area_init_core(pgdat);
6080 }
6081
6082 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6083
6084 #if MAX_NUMNODES > 1
6085 /*
6086  * Figure out the number of possible node ids.
6087  */
6088 void __init setup_nr_node_ids(void)
6089 {
6090         unsigned int highest;
6091
6092         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6093         nr_node_ids = highest + 1;
6094 }
6095 #endif
6096
6097 /**
6098  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6099  *
6100  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6101  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6102  * all the nodes.
6103  *
6104  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6105  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6106  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6107  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6108  *
6109  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6110  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6111  * populated node map.
6112  *
6113  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6114  * requirement (single node).
6115  */
6116 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6117 {
6118         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6119         unsigned long start, end, mask;
6120         int last_nid = -1;
6121         int i, nid;
6122
6123         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6124                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6125                         last_nid = nid;
6126                         last_end = end;
6127                         continue;
6128                 }
6129
6130                 /*
6131                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6132                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6133                  * too coarse to separate the current node from the last.
6134                  */
6135                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6136                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6137                         mask <<= 1;
6138
6139                 /* accumulate all internode masks */
6140                 accl_mask |= mask;
6141         }
6142
6143         /* convert mask to number of pages */
6144         return ~accl_mask + 1;
6145 }
6146
6147 /* Find the lowest pfn for a node */
6148 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6149 {
6150         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6151         unsigned long start_pfn;
6152         int i;
6153
6154         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6155                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6156
6157         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6158                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6159                 return 0;
6160         }
6161
6162         return min_pfn;
6163 }
6164
6165 /**
6166  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6167  *
6168  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6169  * memblock_set_node().
6170  */
6171 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6172 {
6173         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6174 }
6175
6176 /*
6177  * early_calculate_totalpages()
6178  * Sum pages in active regions for movable zone.
6179  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6180  */
6181 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6182 {
6183         unsigned long totalpages = 0;
6184         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6185         int i, nid;
6186
6187         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6188                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6189
6190                 totalpages += pages;
6191                 if (pages)
6192                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6193         }
6194         return totalpages;
6195 }
6196
6197 /*
6198  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6199  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6200  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6201  * others
6202  */
6203 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6204 {
6205         int i, nid;
6206         unsigned long usable_startpfn;
6207         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6208         /* save the state before borrow the nodemask */
6209         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6210         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6211         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6212         struct memblock_region *r;
6213
6214         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6215         find_usable_zone_for_movable();
6216
6217         /*
6218          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6219          * options.
6220          */
6221         if (movable_node_is_enabled()) {
6222                 for_each_memblock(memory, r) {
6223                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6224                                 continue;
6225
6226                         nid = r->nid;
6227
6228                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6229                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6230                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6231                                 usable_startpfn;
6232                 }
6233
6234                 goto out2;
6235         }
6236
6237         /*
6238          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6239          */
6240         if (mirrored_kernelcore) {
6241                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6242
6243                 for_each_memblock(memory, r) {
6244                         if (memblock_is_mirror(r))
6245                                 continue;
6246
6247                         nid = r->nid;
6248
6249                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6250
6251                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6252                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6253                                 continue;
6254                         }
6255
6256                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6257                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6258                                 usable_startpfn;
6259                 }
6260
6261                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6262                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6263
6264                 goto out2;
6265         }
6266
6267         /*
6268          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6269          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6270          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6271          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6272          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6273          * what movablecore would have allowed.
6274          */
6275         if (required_movablecore) {
6276                 unsigned long corepages;
6277
6278                 /*
6279                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6280                  * was requested by the user
6281                  */
6282                 required_movablecore =
6283                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6284                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6285                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6286
6287                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6288         }
6289
6290         /*
6291          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6292          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6293          */
6294         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6295                 goto out;
6296
6297         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6298         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6299
6300 restart:
6301         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6302         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6303         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6304                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6305
6306                 /*
6307                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6308                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6309                  * amount of memory for the kernel
6310                  */
6311                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6312                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6313
6314                 /*
6315                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6316                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6317                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6318                  */
6319                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6320
6321                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6322                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6323                         unsigned long size_pages;
6324
6325                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6326                         if (start_pfn >= end_pfn)
6327                                 continue;
6328
6329                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6330                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6331                                 unsigned long kernel_pages;
6332                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6333                                                                 - start_pfn;
6334
6335                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6336                                                         kernelcore_remaining);
6337                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6338                                                         required_kernelcore);
6339
6340                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6341                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6342
6343                                         /*
6344                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6345                                          * that if we have to rebalance
6346                                          * kernelcore across nodes, we will
6347                                          * not double account here
6348                                          */
6349                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6350                                         continue;
6351                                 }
6352                                 start_pfn = usable_startpfn;
6353                         }
6354
6355                         /*
6356                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6357                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6358                          * number of pages used as kernelcore
6359                          */
6360                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6361                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6362                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6363                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6364
6365                         /*
6366                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6367                          * break if the kernelcore for this node has been
6368                          * satisfied
6369                          */
6370                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6371                                                                 size_pages);
6372                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6373                         if (!kernelcore_remaining)
6374                                 break;
6375                 }
6376         }
6377
6378         /*
6379          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6380          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6381          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6382          * satisfied
6383          */
6384         usable_nodes--;
6385         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6386                 goto restart;
6387
6388 out2:
6389         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6390         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6391                 zone_movable_pfn[nid] =
6392                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6393
6394 out:
6395         /* restore the node_state */
6396         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6397 }
6398
6399 /* Any regular or high memory on that node ? */
6400 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6401 {
6402         enum zone_type zone_type;
6403
6404         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6405                 return;
6406
6407         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6408                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6409                 if (populated_zone(zone)) {
6410                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6411                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6412                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6413                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6414                         break;
6415                 }
6416         }
6417 }
6418
6419 /**
6420  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6421  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6422  *
6423  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6424  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6425  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6426  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6427  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6428  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6429  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6430  * at arch_max_dma_pfn.
6431  */
6432 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6433 {
6434         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6435         int i, nid;
6436
6437         /* Record where the zone boundaries are */
6438         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6439                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6440         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6441                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6442
6443         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6444
6445         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6446                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6447                         continue;
6448
6449                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6450                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6451                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6452
6453                 start_pfn = end_pfn;
6454         }
6455         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6456         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6457
6458         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6459         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6460         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6461
6462         /* Print out the zone ranges */
6463         pr_info("Zone ranges:\n");
6464         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6465                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6466                         continue;
6467                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6468                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6469                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6470                         pr_cont("empty\n");
6471                 else
6472                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6473                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6474                                         << PAGE_SHIFT,
6475                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6476                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6477         }
6478
6479         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6480         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6481         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6482                 if (zone_movable_pfn[i])
6483                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6484                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6485         }
6486
6487         /* Print out the early node map */
6488         pr_info("Early memory node ranges\n");
6489         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6490                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6491                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6492                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6493
6494         /* Initialise every node */
6495         mminit_verify_pageflags_layout();
6496         setup_nr_node_ids();
6497         for_each_online_node(nid) {
6498                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6499                 free_area_init_node(nid, NULL,
6500                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6501
6502                 /* Any memory on that node */
6503                 if (pgdat->node_present_pages)
6504                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6505                 check_for_memory(pgdat, nid);
6506         }
6507 }
6508
6509 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6510 {
6511         unsigned long long coremem;
6512         if (!p)
6513                 return -EINVAL;
6514
6515         coremem = memparse(p, &p);
6516         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6517
6518         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6519         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6520
6521         return 0;
6522 }
6523
6524 /*
6525  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6526  * cannot be reclaimed or migrated.
6527  */
6528 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6529 {
6530         /* parse kernelcore=mirror */
6531         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6532                 mirrored_kernelcore = true;
6533                 return 0;
6534         }
6535
6536         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6537 }
6538
6539 /*
6540  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6541  * can be reclaimed or migrated.
6542  */
6543 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6544 {
6545         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6546 }
6547
6548 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6549 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6550
6551 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6552
6553 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6554 {
6555         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6556         page_zone(page)->managed_pages += count;
6557         totalram_pages += count;
6558 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6559         if (PageHighMem(page))
6560                 totalhigh_pages += count;
6561 #endif
6562         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6563 }
6564 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6565
6566 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6567 {
6568         void *pos;
6569         unsigned long pages = 0;
6570
6571         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6572         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6573         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6574                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6575                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6576                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6577         }
6578
6579         if (pages && s)
6580                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6581                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6582
6583         return pages;
6584 }
6585 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6586
6587 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6588 void free_highmem_page(struct page *page)
6589 {
6590         __free_reserved_page(page);
6591         totalram_pages++;
6592         page_zone(page)->managed_pages++;
6593         totalhigh_pages++;
6594 }
6595 #endif
6596
6597
6598 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6599 {
6600         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6601         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6602
6603         physpages = get_num_physpages();
6604         codesize = _etext - _stext;
6605         datasize = _edata - _sdata;
6606         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6607         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6608         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6609         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6610
6611         /*
6612          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6613          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6614          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6615          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6616          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6617          */
6618 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6619         do { \
6620                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6621                         size -= adj; \
6622         } while (0)
6623
6624         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6625                      _sinittext, init_code_size);
6626         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6627         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6628         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6629         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6630
6631 #undef  adj_init_size
6632
6633         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6634 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6635                 ", %luK highmem"
6636 #endif
6637                 "%s%s)\n",
6638                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6639                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6640                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6641                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6642                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6643                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6644 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6645                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6646 #endif
6647                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6648 }
6649
6650 /**
6651  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6652  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6653  *
6654  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6655  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6656  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6657  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6658  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6659  * smaller per-cpu batchsize.
6660  */
6661 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6662 {
6663         dma_reserve = new_dma_reserve;
6664 }
6665
6666 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6667 {
6668         free_area_init_node(0, zones_size,
6669                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6670 }
6671
6672 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6673                                  unsigned long action, void *hcpu)
6674 {
6675         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6676
6677         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6678                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6679                 drain_pages(cpu);
6680
6681                 /*
6682                  * Spill the event counters of the dead processor
6683                  * into the current processors event counters.
6684                  * This artificially elevates the count of the current
6685                  * processor.
6686                  */
6687                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6688
6689                 /*
6690                  * Zero the differential counters of the dead processor
6691                  * so that the vm statistics are consistent.
6692                  *
6693                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6694                  * race with what we are doing.
6695                  */
6696                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6697         }
6698         return NOTIFY_OK;
6699 }
6700
6701 void __init page_alloc_init(void)
6702 {
6703         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6704 }
6705
6706 /*
6707  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6708  *      or min_free_kbytes changes.
6709  */
6710 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6711 {
6712         struct pglist_data *pgdat;
6713         unsigned long reserve_pages = 0;
6714         enum zone_type i, j;
6715
6716         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6717                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6718                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6719                         long max = 0;
6720
6721                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6722                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6723                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6724                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6725                         }
6726
6727                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6728                         max += high_wmark_pages(zone);
6729
6730                         if (max > zone->managed_pages)
6731                                 max = zone->managed_pages;
6732
6733                         zone->totalreserve_pages = max;
6734
6735                         reserve_pages += max;
6736                 }
6737         }
6738         totalreserve_pages = reserve_pages;
6739 }
6740
6741 /*
6742  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6743  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6744  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6745  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6746  */
6747 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6748 {
6749         struct pglist_data *pgdat;
6750         enum zone_type j, idx;
6751
6752         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6753                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6754                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6755                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6756
6757                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6758
6759                         idx = j;
6760                         while (idx) {
6761                                 struct zone *lower_zone;
6762
6763                                 idx--;
6764
6765                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6766                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6767
6768                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6769                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6770                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6771                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6772                         }
6773                 }
6774         }
6775
6776         /* update totalreserve_pages */
6777         calculate_totalreserve_pages();
6778 }
6779
6780 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6781 {
6782         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6783         unsigned long lowmem_pages = 0;
6784         struct zone *zone;
6785         unsigned long flags;
6786
6787         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6788         for_each_zone(zone) {
6789                 if (!is_highmem(zone))
6790                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6791         }
6792
6793         for_each_zone(zone) {
6794                 u64 tmp;
6795
6796                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6797                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6798                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6799                 if (is_highmem(zone)) {
6800                         /*
6801                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6802                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6803                          * value here.
6804                          *
6805                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6806                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6807                          * not be capped for highmem.
6808                          */
6809                         unsigned long min_pages;
6810
6811                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6812                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6813                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6814                 } else {
6815                         /*
6816                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6817                          * proportionate to the zone's size.
6818                          */
6819                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6820                 }
6821
6822                 /*
6823                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6824                  * scale factor in proportion to available memory, but
6825                  * ensure a minimum size on small systems.
6826                  */
6827                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6828                             mult_frac(zone->managed_pages,
6829                                       watermark_scale_factor, 10000));
6830
6831                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6832                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6833
6834                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6835                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6836                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6837
6838                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6839         }
6840
6841         /* update totalreserve_pages */
6842         calculate_totalreserve_pages();
6843 }
6844
6845 /**
6846  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6847  * or when memory is hot-{added|removed}
6848  *
6849  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6850  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6851  */
6852 void setup_per_zone_wmarks(void)
6853 {
6854         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6855         __setup_per_zone_wmarks();
6856         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6857 }
6858
6859 /*
6860  * Initialise min_free_kbytes.
6861  *
6862  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6863  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6864  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6865  *
6866  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6867  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6868  *
6869  * which yields
6870  *
6871  * 16MB:        512k
6872  * 32MB:        724k
6873  * 64MB:        1024k
6874  * 128MB:       1448k
6875  * 256MB:       2048k
6876  * 512MB:       2896k
6877  * 1024MB:      4096k
6878  * 2048MB:      5792k
6879  * 4096MB:      8192k
6880  * 8192MB:      11584k
6881  * 16384MB:     16384k
6882  */
6883 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6884 {
6885         unsigned long lowmem_kbytes;
6886         int new_min_free_kbytes;
6887
6888         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6889         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6890
6891         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6892                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6893                 if (min_free_kbytes < 128)
6894                         min_free_kbytes = 128;
6895                 if (min_free_kbytes > 65536)
6896                         min_free_kbytes = 65536;
6897         } else {
6898                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6899                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6900         }
6901         setup_per_zone_wmarks();
6902         refresh_zone_stat_thresholds();
6903         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6904         return 0;
6905 }
6906 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6907
6908 /*
6909  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6910  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6911  *      changes.
6912  */
6913 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6914         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6915 {
6916         int rc;
6917
6918         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6919         if (rc)
6920                 return rc;
6921
6922         if (write) {
6923                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6924                 setup_per_zone_wmarks();
6925         }
6926         return 0;
6927 }
6928
6929 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6930         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6931 {
6932         int rc;
6933
6934         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6935         if (rc)
6936                 return rc;
6937
6938         if (write)
6939                 setup_per_zone_wmarks();
6940
6941         return 0;
6942 }
6943
6944 #ifdef CONFIG_NUMA
6945 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6946         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6947 {
6948         struct zone *zone;
6949         int rc;
6950
6951         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6952         if (rc)
6953                 return rc;
6954
6955         for_each_zone(zone)
6956                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6957                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6958         return 0;
6959 }
6960
6961 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6962         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6963 {
6964         struct zone *zone;
6965         int rc;
6966
6967         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6968         if (rc)
6969                 return rc;
6970
6971         for_each_zone(zone)
6972                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6973                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6974         return 0;
6975 }
6976 #endif
6977
6978 /*
6979  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6980  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6981  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6982  *
6983  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6984  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6985  * if in function of the boot time zone sizes.
6986  */
6987 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6988         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6989 {
6990         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6991         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6992         return 0;
6993 }
6994
6995 /*
6996  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6997  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6998  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6999  */
7000 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7001         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7002 {
7003         struct zone *zone;
7004         int old_percpu_pagelist_fraction;
7005         int ret;
7006
7007         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7008         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7009
7010         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7011         if (!write || ret < 0)
7012                 goto out;
7013
7014         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7015         if (percpu_pagelist_fraction &&
7016             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7017                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7018                 ret = -EINVAL;
7019                 goto out;
7020         }
7021
7022         /* No change? */
7023         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7024                 goto out;
7025
7026         for_each_populated_zone(zone) {
7027                 unsigned int cpu;
7028
7029                 for_each_possible_cpu(cpu)
7030                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7031                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7032         }
7033 out:
7034         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7035         return ret;
7036 }
7037
7038 #ifdef CONFIG_NUMA
7039 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7040
7041 static int __init set_hashdist(char *str)
7042 {
7043         if (!str)
7044                 return 0;
7045         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7046         return 1;
7047 }
7048 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7049 #endif
7050
7051 /*
7052  * allocate a large system hash table from bootmem
7053  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7054  *   quantity of entries
7055  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7056  */
7057 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7058                                      unsigned long bucketsize,
7059                                      unsigned long numentries,
7060                                      int scale,
7061                                      int flags,
7062                                      unsigned int *_hash_shift,
7063                                      unsigned int *_hash_mask,
7064                                      unsigned long low_limit,
7065                                      unsigned long high_limit)
7066 {
7067         unsigned long long max = high_limit;
7068         unsigned long log2qty, size;
7069         void *table = NULL;
7070
7071         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7072         if (!numentries) {
7073                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7074                 numentries = nr_kernel_pages;
7075
7076                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7077                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7078                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7079
7080                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7081                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7082                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7083                 else
7084                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7085
7086                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7087                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7088                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7089                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7090                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7091                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7092                                 BUG_ON(!numentries);
7093                         }
7094                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7095                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7096         }
7097         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7098
7099         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7100         if (max == 0) {
7101                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7102                 do_div(max, bucketsize);
7103         }
7104         max = min(max, 0x80000000ULL);
7105
7106         if (numentries < low_limit)
7107                 numentries = low_limit;
7108         if (numentries > max)
7109                 numentries = max;
7110
7111         log2qty = ilog2(numentries);
7112
7113         do {
7114                 size = bucketsize << log2qty;
7115                 if (flags & HASH_EARLY)
7116                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7117                 else if (hashdist)
7118                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7119                 else {
7120                         /*
7121                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7122                          * some pages at the end of hash table which
7123                          * alloc_pages_exact() automatically does
7124                          */
7125                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7126                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7127                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7128                         }
7129                 }
7130         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7131
7132         if (!table)
7133                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7134
7135         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7136                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7137
7138         if (_hash_shift)
7139                 *_hash_shift = log2qty;
7140         if (_hash_mask)
7141                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7142
7143         return table;
7144 }
7145
7146 /*
7147  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7148  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7149  *
7150  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7151  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7152  * expect this function should be exact.
7153  */
7154 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7155                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7156 {
7157         unsigned long pfn, iter, found;
7158         int mt;
7159
7160         /*
7161          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7162          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7163          */
7164         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7165                 return false;
7166         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7167         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7168                 return false;
7169
7170         pfn = page_to_pfn(page);
7171         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7172                 unsigned long check = pfn + iter;
7173
7174                 if (!pfn_valid_within(check))
7175                         continue;
7176
7177                 page = pfn_to_page(check);
7178
7179                 /*
7180                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7181                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7182                  * handle each tail page individually in migration.
7183                  */
7184                 if (PageHuge(page)) {
7185                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7186                         continue;
7187                 }
7188
7189                 /*
7190                  * We can't use page_count without pin a page
7191                  * because another CPU can free compound page.
7192                  * This check already skips compound tails of THP
7193                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7194                  */
7195                 if (!page_ref_count(page)) {
7196                         if (PageBuddy(page))
7197                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7198                         continue;
7199                 }
7200
7201                 /*
7202                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7203                  * page_count() is not 0.
7204                  */
7205                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7206                         continue;
7207
7208                 if (!PageLRU(page))
7209                         found++;
7210                 /*
7211                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7212                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7213                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7214                  */
7215                 /*
7216                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7217                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7218                  *
7219                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7220                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7221                  * page at boot.
7222                  */
7223                 if (found > count)
7224                         return true;
7225         }
7226         return false;
7227 }
7228
7229 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7230 {
7231         struct zone *zone;
7232         unsigned long pfn;
7233
7234         /*
7235          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7236          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7237          * the zone but still within the section.
7238          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7239          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7240          */
7241         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7242                 return false;
7243
7244         zone = page_zone(page);
7245         pfn = page_to_pfn(page);
7246         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7247                 return false;
7248
7249         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7250 }
7251
7252 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7253
7254 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7255 {
7256         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7257                              pageblock_nr_pages) - 1);
7258 }
7259
7260 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7261 {
7262         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7263                                 pageblock_nr_pages));
7264 }
7265
7266 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7267 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7268                                         unsigned long start, unsigned long end)
7269 {
7270         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7271         unsigned long nr_reclaimed;
7272         unsigned long pfn = start;
7273         unsigned int tries = 0;
7274         int ret = 0;
7275
7276         migrate_prep();
7277
7278         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7279                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7280                         ret = -EINTR;
7281                         break;
7282                 }
7283
7284                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7285                         cc->nr_migratepages = 0;
7286                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7287                         if (!pfn) {
7288                                 ret = -EINTR;
7289                                 break;
7290                         }
7291                         tries = 0;
7292                 } else if (++tries == 5) {
7293                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7294                         break;
7295                 }
7296
7297                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7298                                                         &cc->migratepages);
7299                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7300
7301                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7302                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7303         }
7304         if (ret < 0) {
7305                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7306                 return ret;
7307         }
7308         return 0;
7309 }
7310
7311 /**
7312  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7313  * @start:      start PFN to allocate
7314  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7315  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7316  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7317  *                      in range must have the same migratetype and it must
7318  *                      be either of the two.
7319  *
7320  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7321  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7322  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7323  * pages fall in.
7324  *
7325  * The PFN range must belong to a single zone.
7326  *
7327  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7328  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7329  * need to be freed with free_contig_range().
7330  */
7331 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7332                        unsigned migratetype)
7333 {
7334         unsigned long outer_start, outer_end;
7335         unsigned int order;
7336         int ret = 0;
7337
7338         struct compact_control cc = {
7339                 .nr_migratepages = 0,
7340                 .order = -1,
7341                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7342                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7343                 .ignore_skip_hint = true,
7344         };
7345         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7346
7347         /*
7348          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7349          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7350          * have different sizes, and due to the way page allocator
7351          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7352          * that page allocator won't try to merge buddies from
7353          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7354          * other migration type.
7355          *
7356          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7357          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7358          * we are interested in).  This will put all the pages in
7359          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7360          *
7361          * When this is done, we take the pages in range from page
7362          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7363          * page allocator will never consider using them.
7364          *
7365          * This lets us mark the pageblocks back as
7366          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7367          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7368          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7369          */
7370
7371         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7372                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7373                                        false);
7374         if (ret)
7375                 return ret;
7376
7377         /*
7378          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7379          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7380          */
7381         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7382         if (ret && ret != -EBUSY)
7383                 goto done;
7384
7385         /*
7386          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7387          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7388          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7389          * What we are going to do is to allocate all pages from
7390          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7391          *
7392          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7393          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7394          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7395          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7396          * once this is done free the pages we are not interested in.
7397          *
7398          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7399          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7400          */
7401
7402         lru_add_drain_all();
7403         drain_all_pages(cc.zone);
7404
7405         order = 0;
7406         outer_start = start;
7407         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7408                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7409                         outer_start = start;
7410                         break;
7411                 }
7412                 outer_start &= ~0UL << order;
7413         }
7414
7415         if (outer_start != start) {
7416                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7417
7418                 /*
7419                  * outer_start page could be small order buddy page and
7420                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7421                  * in this case to report failed page properly
7422                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7423                  */
7424                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7425                         outer_start = start;
7426         }
7427
7428         /* Make sure the range is really isolated. */
7429         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7430                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7431                         __func__, outer_start, end);
7432                 ret = -EBUSY;
7433                 goto done;
7434         }
7435
7436         /* Grab isolated pages from freelists. */
7437         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7438         if (!outer_end) {
7439                 ret = -EBUSY;
7440                 goto done;
7441         }
7442
7443         /* Free head and tail (if any) */
7444         if (start != outer_start)
7445                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7446         if (end != outer_end)
7447                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7448
7449 done:
7450         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7451                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7452         return ret;
7453 }
7454
7455 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7456 {
7457         unsigned int count = 0;
7458
7459         for (; nr_pages--; pfn++) {
7460                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7461
7462                 count += page_count(page) != 1;
7463                 __free_page(page);
7464         }
7465         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7466 }
7467 #endif
7468
7469 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7470 /*
7471  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7472  * page high values need to be recalulated.
7473  */
7474 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7475 {
7476         unsigned cpu;
7477         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7478         for_each_possible_cpu(cpu)
7479                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7480                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7481         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7482 }
7483 #endif
7484
7485 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7486 {
7487         unsigned long flags;
7488         int cpu;
7489         struct per_cpu_pageset *pset;
7490
7491         /* avoid races with drain_pages()  */
7492         local_irq_save(flags);
7493         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7494                 for_each_online_cpu(cpu) {
7495                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7496                         drain_zonestat(zone, pset);
7497                 }
7498                 free_percpu(zone->pageset);
7499                 zone->pageset = &boot_pageset;
7500         }
7501         local_irq_restore(flags);
7502 }
7503
7504 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7505 /*
7506  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7507  * before calling this.
7508  */
7509 void
7510 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7511 {
7512         struct page *page;
7513         struct zone *zone;
7514         unsigned int order, i;
7515         unsigned long pfn;
7516         unsigned long flags;
7517         /* find the first valid pfn */
7518         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7519                 if (pfn_valid(pfn))
7520                         break;
7521         if (pfn == end_pfn)
7522                 return;
7523         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7524         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7525         pfn = start_pfn;
7526         while (pfn < end_pfn) {
7527                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7528                         pfn++;
7529                         continue;
7530                 }
7531                 page = pfn_to_page(pfn);
7532                 /*
7533                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7534                  * page_count() is not 0.
7535                  */
7536                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7537                         pfn++;
7538                         SetPageReserved(page);
7539                         continue;
7540                 }
7541
7542                 BUG_ON(page_count(page));
7543                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7544                 order = page_order(page);
7545 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7546                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7547                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7548 #endif
7549                 list_del(&page->lru);
7550                 rmv_page_order(page);
7551                 zone->free_area[order].nr_free--;
7552                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7553                         SetPageReserved((page+i));
7554                 pfn += (1 << order);
7555         }
7556         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7557 }
7558 #endif
7559
7560 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7561 {
7562         struct zone *zone = page_zone(page);
7563         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7564         unsigned long flags;
7565         unsigned int order;
7566
7567         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7568         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7569                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7570
7571                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7572                         break;
7573         }
7574         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7575
7576         return order < MAX_ORDER;
7577 }