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