mm, meminit: suppress unused memory variable warning
[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/rwsem.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/jiffies.h>
24 #include <linux/bootmem.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kmemcheck.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/notifier.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118 /*
119  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
120  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
121  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
122  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
123  */
124 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
125
126 int percpu_pagelist_fraction;
127 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
128
129 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
130 /*
131  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
132  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
133  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
134  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
135  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
136  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
137  */
138
139 static gfp_t saved_gfp_mask;
140
141 void pm_restore_gfp_mask(void)
142 {
143         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
144         if (saved_gfp_mask) {
145                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
146                 saved_gfp_mask = 0;
147         }
148 }
149
150 void pm_restrict_gfp_mask(void)
151 {
152         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
153         WARN_ON(saved_gfp_mask);
154         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
155         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
156 }
157
158 bool pm_suspended_storage(void)
159 {
160         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
161                 return false;
162         return true;
163 }
164 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
165
166 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
167 int pageblock_order __read_mostly;
168 #endif
169
170 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
171
172 /*
173  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
174  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
175  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
176  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
177  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
178  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
179  *
180  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
181  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
182  */
183 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
184 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
185          256,
186 #endif
187 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
188          256,
189 #endif
190 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
191          32,
192 #endif
193          32,
194 };
195
196 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
197
198 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
200          "DMA",
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
203          "DMA32",
204 #endif
205          "Normal",
206 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
207          "HighMem",
208 #endif
209          "Movable",
210 };
211
212 int min_free_kbytes = 1024;
213 int user_min_free_kbytes = -1;
214
215 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
216 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
217 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
218
219 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
220 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
221 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
222 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
223 static unsigned long __initdata required_movablecore;
224 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
225
226 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
227 int movable_zone;
228 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
229 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
230
231 #if MAX_NUMNODES > 1
232 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
233 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
234 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
235 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
236 #endif
237
238 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
239
240 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
241 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
242 {
243         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
244 }
245
246 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
247 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
248 {
249         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
250                 return true;
251
252         return false;
253 }
254
255 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
256 {
257         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
258                 return true;
259
260         return false;
261 }
262
263 /*
264  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
265  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
266  */
267 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
268                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
269                                 unsigned long *nr_initialised)
270 {
271         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
272         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
273                 return true;
274
275         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
276         (*nr_initialised)++;
277         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
278             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
279                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
280                 return false;
281         }
282
283         return true;
284 }
285 #else
286 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
287 {
288 }
289
290 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
291 {
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         return false;
298 }
299
300 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
301                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
302                                 unsigned long *nr_initialised)
303 {
304         return true;
305 }
306 #endif
307
308
309 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
310 {
311         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
312                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
313                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
314
315         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
316                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
317 }
318
319 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
320 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
321 {
322         int ret = 0;
323         unsigned seq;
324         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
325         unsigned long sp, start_pfn;
326
327         do {
328                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
329                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
330                 sp = zone->spanned_pages;
331                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
332                         ret = 1;
333         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
334
335         if (ret)
336                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
337                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
338                         start_pfn, start_pfn + sp);
339
340         return ret;
341 }
342
343 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
344 {
345         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
346                 return 0;
347         if (zone != page_zone(page))
348                 return 0;
349
350         return 1;
351 }
352 /*
353  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
354  */
355 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
356 {
357         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
358                 return 1;
359         if (!page_is_consistent(zone, page))
360                 return 1;
361
362         return 0;
363 }
364 #else
365 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
366 {
367         return 0;
368 }
369 #endif
370
371 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
372                 unsigned long bad_flags)
373 {
374         static unsigned long resume;
375         static unsigned long nr_shown;
376         static unsigned long nr_unshown;
377
378         /* Don't complain about poisoned pages */
379         if (PageHWPoison(page)) {
380                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
381                 return;
382         }
383
384         /*
385          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
386          * or allow a steady drip of one report per second.
387          */
388         if (nr_shown == 60) {
389                 if (time_before(jiffies, resume)) {
390                         nr_unshown++;
391                         goto out;
392                 }
393                 if (nr_unshown) {
394                         printk(KERN_ALERT
395                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
396                                 nr_unshown);
397                         nr_unshown = 0;
398                 }
399                 nr_shown = 0;
400         }
401         if (nr_shown++ == 0)
402                 resume = jiffies + 60 * HZ;
403
404         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
405                 current->comm, page_to_pfn(page));
406         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
407
408         print_modules();
409         dump_stack();
410 out:
411         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
412         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
413         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
414 }
415
416 /*
417  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
418  *
419  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
420  *
421  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
422  *
423  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
424  * pointing at the head page.
425  *
426  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
427  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
428  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
429  */
430
431 static void free_compound_page(struct page *page)
432 {
433         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
434 }
435
436 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
437 {
438         int i;
439         int nr_pages = 1 << order;
440
441         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
442         set_compound_order(page, order);
443         __SetPageHead(page);
444         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
445                 struct page *p = page + i;
446                 set_page_count(p, 0);
447                 p->first_page = page;
448                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
449                 smp_wmb();
450                 __SetPageTail(p);
451         }
452 }
453
454 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
455 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
456 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
457 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
458
459 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
460 {
461         if (!buf)
462                 return -EINVAL;
463
464         if (strcmp(buf, "on") == 0)
465                 _debug_pagealloc_enabled = true;
466
467         return 0;
468 }
469 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
470
471 static bool need_debug_guardpage(void)
472 {
473         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
474         if (!debug_pagealloc_enabled())
475                 return false;
476
477         return true;
478 }
479
480 static void init_debug_guardpage(void)
481 {
482         if (!debug_pagealloc_enabled())
483                 return;
484
485         _debug_guardpage_enabled = true;
486 }
487
488 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
489         .need = need_debug_guardpage,
490         .init = init_debug_guardpage,
491 };
492
493 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
494 {
495         unsigned long res;
496
497         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
498                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
499                 return 0;
500         }
501         _debug_guardpage_minorder = res;
502         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
503         return 0;
504 }
505 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
506
507 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
508                                 unsigned int order, int migratetype)
509 {
510         struct page_ext *page_ext;
511
512         if (!debug_guardpage_enabled())
513                 return;
514
515         page_ext = lookup_page_ext(page);
516         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
517
518         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
519         set_page_private(page, order);
520         /* Guard pages are not available for any usage */
521         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
522 }
523
524 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
525                                 unsigned int order, int migratetype)
526 {
527         struct page_ext *page_ext;
528
529         if (!debug_guardpage_enabled())
530                 return;
531
532         page_ext = lookup_page_ext(page);
533         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
534
535         set_page_private(page, 0);
536         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
537                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
538 }
539 #else
540 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
541 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
542                                 unsigned int order, int migratetype) {}
543 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
544                                 unsigned int order, int migratetype) {}
545 #endif
546
547 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
548 {
549         set_page_private(page, order);
550         __SetPageBuddy(page);
551 }
552
553 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
554 {
555         __ClearPageBuddy(page);
556         set_page_private(page, 0);
557 }
558
559 /*
560  * This function checks whether a page is free && is the buddy
561  * we can do coalesce a page and its buddy if
562  * (a) the buddy is not in a hole &&
563  * (b) the buddy is in the buddy system &&
564  * (c) a page and its buddy have the same order &&
565  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
566  *
567  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
568  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
569  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
570  * serialized by zone->lock.
571  *
572  * For recording page's order, we use page_private(page).
573  */
574 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
575                                                         unsigned int order)
576 {
577         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
578                 return 0;
579
580         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
581                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
582                         return 0;
583
584                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
585
586                 return 1;
587         }
588
589         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
590                 /*
591                  * zone check is done late to avoid uselessly
592                  * calculating zone/node ids for pages that could
593                  * never merge.
594                  */
595                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
596                         return 0;
597
598                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
599
600                 return 1;
601         }
602         return 0;
603 }
604
605 /*
606  * Freeing function for a buddy system allocator.
607  *
608  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
609  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
610  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
611  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
612  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
613  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
614  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
615  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
616  * parts of the VM system.
617  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
618  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
619  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
620  * field.
621  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
622  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
623  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
624  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
625  * triggers coalescing into a block of larger size.
626  *
627  * -- nyc
628  */
629
630 static inline void __free_one_page(struct page *page,
631                 unsigned long pfn,
632                 struct zone *zone, unsigned int order,
633                 int migratetype)
634 {
635         unsigned long page_idx;
636         unsigned long combined_idx;
637         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
638         struct page *buddy;
639         int max_order = MAX_ORDER;
640
641         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
642         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
643
644         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
645         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
646                 /*
647                  * We restrict max order of merging to prevent merge
648                  * between freepages on isolate pageblock and normal
649                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
650                  * could cause incorrect freepage accounting.
651                  */
652                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
653         } else {
654                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
655         }
656
657         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
658
659         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
660         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
661
662         while (order < max_order - 1) {
663                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
664                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
665                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
666                         break;
667                 /*
668                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
669                  * merge with it and move up one order.
670                  */
671                 if (page_is_guard(buddy)) {
672                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
673                 } else {
674                         list_del(&buddy->lru);
675                         zone->free_area[order].nr_free--;
676                         rmv_page_order(buddy);
677                 }
678                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
679                 page = page + (combined_idx - page_idx);
680                 page_idx = combined_idx;
681                 order++;
682         }
683         set_page_order(page, order);
684
685         /*
686          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
687          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
688          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
689          * that is happening, add the free page to the tail of the list
690          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
691          * as a higher order page
692          */
693         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
694                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
695                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
696                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
697                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
698                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
699                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
700                         list_add_tail(&page->lru,
701                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
702                         goto out;
703                 }
704         }
705
706         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
707 out:
708         zone->free_area[order].nr_free++;
709 }
710
711 static inline int free_pages_check(struct page *page)
712 {
713         const char *bad_reason = NULL;
714         unsigned long bad_flags = 0;
715
716         if (unlikely(page_mapcount(page)))
717                 bad_reason = "nonzero mapcount";
718         if (unlikely(page->mapping != NULL))
719                 bad_reason = "non-NULL mapping";
720         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
721                 bad_reason = "nonzero _count";
722         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
723                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
724                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
725         }
726 #ifdef CONFIG_MEMCG
727         if (unlikely(page->mem_cgroup))
728                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
729 #endif
730         if (unlikely(bad_reason)) {
731                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
732                 return 1;
733         }
734         page_cpupid_reset_last(page);
735         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
736                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
737         return 0;
738 }
739
740 /*
741  * Frees a number of pages from the PCP lists
742  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
743  * count is the number of pages to free.
744  *
745  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
746  * see if this freeing clears that state.
747  *
748  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
749  * pinned" detection logic.
750  */
751 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
752                                         struct per_cpu_pages *pcp)
753 {
754         int migratetype = 0;
755         int batch_free = 0;
756         int to_free = count;
757         unsigned long nr_scanned;
758
759         spin_lock(&zone->lock);
760         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
761         if (nr_scanned)
762                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
763
764         while (to_free) {
765                 struct page *page;
766                 struct list_head *list;
767
768                 /*
769                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
770                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
771                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
772                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
773                  * lists
774                  */
775                 do {
776                         batch_free++;
777                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
778                                 migratetype = 0;
779                         list = &pcp->lists[migratetype];
780                 } while (list_empty(list));
781
782                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
783                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
784                         batch_free = to_free;
785
786                 do {
787                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
788
789                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
790                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
791                         list_del(&page->lru);
792                         mt = get_freepage_migratetype(page);
793                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
794                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
795
796                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
797                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
798                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
799                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
800         }
801         spin_unlock(&zone->lock);
802 }
803
804 static void free_one_page(struct zone *zone,
805                                 struct page *page, unsigned long pfn,
806                                 unsigned int order,
807                                 int migratetype)
808 {
809         unsigned long nr_scanned;
810         spin_lock(&zone->lock);
811         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
812         if (nr_scanned)
813                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
814
815         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
816                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
817                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
818         }
819         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
820         spin_unlock(&zone->lock);
821 }
822
823 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
824 {
825         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
826                 return 0;
827         if (unlikely(!PageTail(page))) {
828                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
829                 return 1;
830         }
831         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
832                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
833                 return 1;
834         }
835         return 0;
836 }
837
838 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
839                                 unsigned long zone, int nid)
840 {
841         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
842         init_page_count(page);
843         page_mapcount_reset(page);
844         page_cpupid_reset_last(page);
845
846         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
847 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
848         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
849         if (!is_highmem_idx(zone))
850                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
851 #endif
852 }
853
854 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
855                                         int nid)
856 {
857         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
858 }
859
860 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
861 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
862 {
863         pg_data_t *pgdat;
864         int nid, zid;
865
866         if (!early_page_uninitialised(pfn))
867                 return;
868
869         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
870         pgdat = NODE_DATA(nid);
871
872         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
873                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
874
875                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
876                         break;
877         }
878         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
879 }
880 #else
881 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
882 {
883 }
884 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
885
886 /*
887  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
888  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
889  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
890  * sent to the buddy page allocator.
891  */
892 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
893 {
894         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
895         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
896
897         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
898                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
899                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
900
901                         init_reserved_page(start_pfn);
902                         SetPageReserved(page);
903                 }
904         }
905 }
906
907 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
908 {
909         bool compound = PageCompound(page);
910         int i, bad = 0;
911
912         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
913         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
914
915         trace_mm_page_free(page, order);
916         kmemcheck_free_shadow(page, order);
917         kasan_free_pages(page, order);
918
919         if (PageAnon(page))
920                 page->mapping = NULL;
921         bad += free_pages_check(page);
922         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
923                 if (compound)
924                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
925                 bad += free_pages_check(page + i);
926         }
927         if (bad)
928                 return false;
929
930         reset_page_owner(page, order);
931
932         if (!PageHighMem(page)) {
933                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
934                                            PAGE_SIZE << order);
935                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
936                                            PAGE_SIZE << order);
937         }
938         arch_free_page(page, order);
939         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
940
941         return true;
942 }
943
944 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
945 {
946         unsigned long flags;
947         int migratetype;
948         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
949
950         if (!free_pages_prepare(page, order))
951                 return;
952
953         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
954         local_irq_save(flags);
955         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
956         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
957         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
958         local_irq_restore(flags);
959 }
960
961 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
962                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
963 {
964         unsigned int nr_pages = 1 << order;
965         struct page *p = page;
966         unsigned int loop;
967
968         prefetchw(p);
969         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
970                 prefetchw(p + 1);
971                 __ClearPageReserved(p);
972                 set_page_count(p, 0);
973         }
974         __ClearPageReserved(p);
975         set_page_count(p, 0);
976
977         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
978         set_page_refcounted(page);
979         __free_pages(page, order);
980 }
981
982 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
983         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
984 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
985 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
986
987 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
988 {
989         int nid;
990
991         /* The system will behave unpredictably otherwise */
992         BUG_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
993
994         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
995         if (nid >= 0)
996                 return nid;
997         /* just returns 0 */
998         return 0;
999 }
1000 #endif
1001
1002 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1003 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1004                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1005 {
1006         int nid;
1007
1008         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1009         if (nid >= 0 && nid != node)
1010                 return false;
1011         return true;
1012 }
1013
1014 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1015 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1016 {
1017         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1018 }
1019
1020 #else
1021
1022 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1023 {
1024         return true;
1025 }
1026 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1027                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1028 {
1029         return true;
1030 }
1031 #endif
1032
1033
1034 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1035                                                         unsigned int order)
1036 {
1037         if (early_page_uninitialised(pfn))
1038                 return;
1039         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1040 }
1041
1042 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1043 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1044                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1045 {
1046         int i;
1047
1048         if (!page)
1049                 return;
1050
1051         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1052         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1053             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1054                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1055                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1056                 return;
1057         }
1058
1059         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1060                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1061 }
1062
1063 static __initdata DECLARE_RWSEM(pgdat_init_rwsem);
1064
1065 /* Initialise remaining memory on a node */
1066 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1067 {
1068         pg_data_t *pgdat = data;
1069         int nid = pgdat->node_id;
1070         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1071         unsigned long start = jiffies;
1072         unsigned long nr_pages = 0;
1073         unsigned long walk_start, walk_end;
1074         int i, zid;
1075         struct zone *zone;
1076         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1077         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1078
1079         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1080                 up_read(&pgdat_init_rwsem);
1081                 return 0;
1082         }
1083
1084         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1085         if (!cpumask_empty(cpumask))
1086                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1087
1088         /* Sanity check boundaries */
1089         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1090         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1091         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1092
1093         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1094         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1095                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1096                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1097                         break;
1098         }
1099
1100         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1101                 unsigned long pfn, end_pfn;
1102                 struct page *page = NULL;
1103                 struct page *free_base_page = NULL;
1104                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1105                 int nr_to_free = 0;
1106
1107                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1108                 pfn = first_init_pfn;
1109                 if (pfn < walk_start)
1110                         pfn = walk_start;
1111                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1112                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1113
1114                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1115                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1116                                 goto free_range;
1117
1118                         /*
1119                          * Ensure pfn_valid is checked every
1120                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1121                          */
1122                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1123                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1124                                         page = NULL;
1125                                         goto free_range;
1126                                 }
1127                         }
1128
1129                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1130                                 page = NULL;
1131                                 goto free_range;
1132                         }
1133
1134                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1135                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1136                                 page++;
1137                         } else {
1138                                 nr_pages += nr_to_free;
1139                                 deferred_free_range(free_base_page,
1140                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1141                                 free_base_page = NULL;
1142                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1143
1144                                 page = pfn_to_page(pfn);
1145                                 cond_resched();
1146                         }
1147
1148                         if (page->flags) {
1149                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1150                                 goto free_range;
1151                         }
1152
1153                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1154                         if (!free_base_page) {
1155                                 free_base_page = page;
1156                                 free_base_pfn = pfn;
1157                                 nr_to_free = 0;
1158                         }
1159                         nr_to_free++;
1160
1161                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1162                         continue;
1163 free_range:
1164                         /* Free the current block of pages to allocator */
1165                         nr_pages += nr_to_free;
1166                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1167                                                                 nr_to_free);
1168                         free_base_page = NULL;
1169                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1170                 }
1171
1172                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1173         }
1174
1175         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1176         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1177
1178         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1179                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1180         up_read(&pgdat_init_rwsem);
1181         return 0;
1182 }
1183
1184 void __init page_alloc_init_late(void)
1185 {
1186         int nid;
1187
1188         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1189                 down_read(&pgdat_init_rwsem);
1190                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1191         }
1192
1193         /* Block until all are initialised */
1194         down_write(&pgdat_init_rwsem);
1195         up_write(&pgdat_init_rwsem);
1196 }
1197 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1198
1199 #ifdef CONFIG_CMA
1200 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1201 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1202 {
1203         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1204         struct page *p = page;
1205
1206         do {
1207                 __ClearPageReserved(p);
1208                 set_page_count(p, 0);
1209         } while (++p, --i);
1210
1211         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1212
1213         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1214                 i = pageblock_nr_pages;
1215                 p = page;
1216                 do {
1217                         set_page_refcounted(p);
1218                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1219                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1220                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1221         } else {
1222                 set_page_refcounted(page);
1223                 __free_pages(page, pageblock_order);
1224         }
1225
1226         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1227 }
1228 #endif
1229
1230 /*
1231  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1232  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1233  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1234  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1235  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1236  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1237  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1238  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1239  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1240  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1241  *
1242  * -- nyc
1243  */
1244 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1245         int low, int high, struct free_area *area,
1246         int migratetype)
1247 {
1248         unsigned long size = 1 << high;
1249
1250         while (high > low) {
1251                 area--;
1252                 high--;
1253                 size >>= 1;
1254                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1255
1256                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1257                         debug_guardpage_enabled() &&
1258                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1259                         /*
1260                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1261                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1262                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1263                          * pages will stay not present in virtual address space
1264                          */
1265                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1266                         continue;
1267                 }
1268                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1269                 area->nr_free++;
1270                 set_page_order(&page[size], high);
1271         }
1272 }
1273
1274 /*
1275  * This page is about to be returned from the page allocator
1276  */
1277 static inline int check_new_page(struct page *page)
1278 {
1279         const char *bad_reason = NULL;
1280         unsigned long bad_flags = 0;
1281
1282         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1283                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1284         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1285                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1286         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1287                 bad_reason = "nonzero _count";
1288         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1289                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1290                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1291         }
1292 #ifdef CONFIG_MEMCG
1293         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1294                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1295 #endif
1296         if (unlikely(bad_reason)) {
1297                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1298                 return 1;
1299         }
1300         return 0;
1301 }
1302
1303 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1304                                                                 int alloc_flags)
1305 {
1306         int i;
1307
1308         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1309                 struct page *p = page + i;
1310                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1311                         return 1;
1312         }
1313
1314         set_page_private(page, 0);
1315         set_page_refcounted(page);
1316
1317         arch_alloc_page(page, order);
1318         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1319         kasan_alloc_pages(page, order);
1320
1321         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1322                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1323                         clear_highpage(page + i);
1324
1325         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1326                 prep_compound_page(page, order);
1327
1328         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1329
1330         /*
1331          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1332          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1333          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1334          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1335          */
1336         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1337
1338         return 0;
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1343  * the smallest available page from the freelists
1344  */
1345 static inline
1346 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1347                                                 int migratetype)
1348 {
1349         unsigned int current_order;
1350         struct free_area *area;
1351         struct page *page;
1352
1353         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1354         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1355                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1356                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1357                         continue;
1358
1359                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1360                                                         struct page, lru);
1361                 list_del(&page->lru);
1362                 rmv_page_order(page);
1363                 area->nr_free--;
1364                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1365                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1366                 return page;
1367         }
1368
1369         return NULL;
1370 }
1371
1372
1373 /*
1374  * This array describes the order lists are fallen back to when
1375  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1376  */
1377 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1378         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1379         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1380         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1381 #ifdef CONFIG_CMA
1382         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1383 #endif
1384         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1385 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1386         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1387 #endif
1388 };
1389
1390 #ifdef CONFIG_CMA
1391 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1392                                         unsigned int order)
1393 {
1394         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1395 }
1396 #else
1397 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1398                                         unsigned int order) { return NULL; }
1399 #endif
1400
1401 /*
1402  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1403  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1404  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1405  */
1406 int move_freepages(struct zone *zone,
1407                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1408                           int migratetype)
1409 {
1410         struct page *page;
1411         unsigned long order;
1412         int pages_moved = 0;
1413
1414 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1415         /*
1416          * page_zone is not safe to call in this context when
1417          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1418          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1419          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1420          * grouping pages by mobility
1421          */
1422         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1423 #endif
1424
1425         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1426                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1427                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1428
1429                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1430                         page++;
1431                         continue;
1432                 }
1433
1434                 if (!PageBuddy(page)) {
1435                         page++;
1436                         continue;
1437                 }
1438
1439                 order = page_order(page);
1440                 list_move(&page->lru,
1441                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1442                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1443                 page += 1 << order;
1444                 pages_moved += 1 << order;
1445         }
1446
1447         return pages_moved;
1448 }
1449
1450 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1451                                 int migratetype)
1452 {
1453         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1454         struct page *start_page, *end_page;
1455
1456         start_pfn = page_to_pfn(page);
1457         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1458         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1459         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1460         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1461
1462         /* Do not cross zone boundaries */
1463         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1464                 start_page = page;
1465         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1466                 return 0;
1467
1468         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1469 }
1470
1471 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1472                                         int start_order, int migratetype)
1473 {
1474         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1475
1476         while (nr_pageblocks--) {
1477                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1478                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1479         }
1480 }
1481
1482 /*
1483  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1484  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1485  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1486  *
1487  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1488  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1489  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1490  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1491  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1492  * pageblocks.
1493  */
1494 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1495 {
1496         /*
1497          * Leaving this order check is intended, although there is
1498          * relaxed order check in next check. The reason is that
1499          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1500          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1501          * so could be changed anytime.
1502          */
1503         if (order >= pageblock_order)
1504                 return true;
1505
1506         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1507                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1508                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1509                 page_group_by_mobility_disabled)
1510                 return true;
1511
1512         return false;
1513 }
1514
1515 /*
1516  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1517  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1518  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1519  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1520  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1521  */
1522 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1523                                                           int start_type)
1524 {
1525         int current_order = page_order(page);
1526         int pages;
1527
1528         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1529         if (current_order >= pageblock_order) {
1530                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1531                 return;
1532         }
1533
1534         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1535
1536         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1537         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1538                         page_group_by_mobility_disabled)
1539                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1540 }
1541
1542 /*
1543  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1544  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1545  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1546  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1547  */
1548 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1549                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1550 {
1551         int i;
1552         int fallback_mt;
1553
1554         if (area->nr_free == 0)
1555                 return -1;
1556
1557         *can_steal = false;
1558         for (i = 0;; i++) {
1559                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1560                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1561                         break;
1562
1563                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1564                         continue;
1565
1566                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1567                         *can_steal = true;
1568
1569                 if (!only_stealable)
1570                         return fallback_mt;
1571
1572                 if (*can_steal)
1573                         return fallback_mt;
1574         }
1575
1576         return -1;
1577 }
1578
1579 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1580 static inline struct page *
1581 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1582 {
1583         struct free_area *area;
1584         unsigned int current_order;
1585         struct page *page;
1586         int fallback_mt;
1587         bool can_steal;
1588
1589         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1590         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1591                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1592                                 --current_order) {
1593                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1594                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1595                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1596                 if (fallback_mt == -1)
1597                         continue;
1598
1599                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1600                                                 struct page, lru);
1601                 if (can_steal)
1602                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1603
1604                 /* Remove the page from the freelists */
1605                 area->nr_free--;
1606                 list_del(&page->lru);
1607                 rmv_page_order(page);
1608
1609                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1610                                         start_migratetype);
1611                 /*
1612                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1613                  * migratetype depending on the decisions in
1614                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1615                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1616                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1617                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1618                  */
1619                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1620
1621                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1622                         start_migratetype, fallback_mt);
1623
1624                 return page;
1625         }
1626
1627         return NULL;
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1632  * Call me with the zone->lock already held.
1633  */
1634 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1635                                                 int migratetype)
1636 {
1637         struct page *page;
1638
1639 retry_reserve:
1640         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1641
1642         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1643                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1644                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1645
1646                 if (!page)
1647                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1648
1649                 /*
1650                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1651                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1652                  * and we want just one call site
1653                  */
1654                 if (!page) {
1655                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1656                         goto retry_reserve;
1657                 }
1658         }
1659
1660         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1661         return page;
1662 }
1663
1664 /*
1665  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1666  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1667  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1668  */
1669 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1670                         unsigned long count, struct list_head *list,
1671                         int migratetype, bool cold)
1672 {
1673         int i;
1674
1675         spin_lock(&zone->lock);
1676         for (i = 0; i < count; ++i) {
1677                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1678                 if (unlikely(page == NULL))
1679                         break;
1680
1681                 /*
1682                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1683                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1684                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1685                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1686                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1687                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1688                  * properly.
1689                  */
1690                 if (likely(!cold))
1691                         list_add(&page->lru, list);
1692                 else
1693                         list_add_tail(&page->lru, list);
1694                 list = &page->lru;
1695                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1696                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1697                                               -(1 << order));
1698         }
1699         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1700         spin_unlock(&zone->lock);
1701         return i;
1702 }
1703
1704 #ifdef CONFIG_NUMA
1705 /*
1706  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1707  * currently executing processor on remote nodes after they have
1708  * expired.
1709  *
1710  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1711  * a single processor.
1712  */
1713 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1714 {
1715         unsigned long flags;
1716         int to_drain, batch;
1717
1718         local_irq_save(flags);
1719         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1720         to_drain = min(pcp->count, batch);
1721         if (to_drain > 0) {
1722                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1723                 pcp->count -= to_drain;
1724         }
1725         local_irq_restore(flags);
1726 }
1727 #endif
1728
1729 /*
1730  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1731  *
1732  * The processor must either be the current processor and the
1733  * thread pinned to the current processor or a processor that
1734  * is not online.
1735  */
1736 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1737 {
1738         unsigned long flags;
1739         struct per_cpu_pageset *pset;
1740         struct per_cpu_pages *pcp;
1741
1742         local_irq_save(flags);
1743         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1744
1745         pcp = &pset->pcp;
1746         if (pcp->count) {
1747                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1748                 pcp->count = 0;
1749         }
1750         local_irq_restore(flags);
1751 }
1752
1753 /*
1754  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1755  *
1756  * The processor must either be the current processor and the
1757  * thread pinned to the current processor or a processor that
1758  * is not online.
1759  */
1760 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1761 {
1762         struct zone *zone;
1763
1764         for_each_populated_zone(zone) {
1765                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1766         }
1767 }
1768
1769 /*
1770  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1771  *
1772  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1773  * the single zone's pages.
1774  */
1775 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1776 {
1777         int cpu = smp_processor_id();
1778
1779         if (zone)
1780                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1781         else
1782                 drain_pages(cpu);
1783 }
1784
1785 /*
1786  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1787  *
1788  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1789  *
1790  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1791  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1792  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1793  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1794  * before the call to on_each_cpu_mask().
1795  */
1796 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1797 {
1798         int cpu;
1799
1800         /*
1801          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1802          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1803          */
1804         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1805
1806         /*
1807          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1808          * as offline notification will cause the notified
1809          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1810          * disables preemption as part of its processing
1811          */
1812         for_each_online_cpu(cpu) {
1813                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1814                 struct zone *z;
1815                 bool has_pcps = false;
1816
1817                 if (zone) {
1818                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1819                         if (pcp->pcp.count)
1820                                 has_pcps = true;
1821                 } else {
1822                         for_each_populated_zone(z) {
1823                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1824                                 if (pcp->pcp.count) {
1825                                         has_pcps = true;
1826                                         break;
1827                                 }
1828                         }
1829                 }
1830
1831                 if (has_pcps)
1832                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1833                 else
1834                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1835         }
1836         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1837                                                                 zone, 1);
1838 }
1839
1840 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1841
1842 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1843 {
1844         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1845         unsigned long flags;
1846         unsigned int order, t;
1847         struct list_head *curr;
1848
1849         if (zone_is_empty(zone))
1850                 return;
1851
1852         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1853
1854         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1855         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1856                 if (pfn_valid(pfn)) {
1857                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1858
1859                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1860                                 swsusp_unset_page_free(page);
1861                 }
1862
1863         for_each_migratetype_order(order, t) {
1864                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1865                         unsigned long i;
1866
1867                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1868                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1869                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1870                 }
1871         }
1872         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1873 }
1874 #endif /* CONFIG_PM */
1875
1876 /*
1877  * Free a 0-order page
1878  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1879  */
1880 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1881 {
1882         struct zone *zone = page_zone(page);
1883         struct per_cpu_pages *pcp;
1884         unsigned long flags;
1885         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1886         int migratetype;
1887
1888         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1889                 return;
1890
1891         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1892         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1893         local_irq_save(flags);
1894         __count_vm_event(PGFREE);
1895
1896         /*
1897          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1898          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1899          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1900          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1901          * excessively into the page allocator
1902          */
1903         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1904                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1905                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1906                         goto out;
1907                 }
1908                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1909         }
1910
1911         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1912         if (!cold)
1913                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1914         else
1915                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1916         pcp->count++;
1917         if (pcp->count >= pcp->high) {
1918                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1919                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1920                 pcp->count -= batch;
1921         }
1922
1923 out:
1924         local_irq_restore(flags);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Free a list of 0-order pages
1929  */
1930 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1931 {
1932         struct page *page, *next;
1933
1934         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1935                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1936                 free_hot_cold_page(page, cold);
1937         }
1938 }
1939
1940 /*
1941  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1942  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1943  * Each sub-page must be freed individually.
1944  *
1945  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1946  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1947  */
1948 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1949 {
1950         int i;
1951
1952         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1953         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1954
1955 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1956         /*
1957          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1958          * otherwise free the whole shadow.
1959          */
1960         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1961                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1962 #endif
1963
1964         set_page_owner(page, 0, 0);
1965         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1966                 set_page_refcounted(page + i);
1967                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1968         }
1969 }
1970 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1971
1972 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1973 {
1974         unsigned long watermark;
1975         struct zone *zone;
1976         int mt;
1977
1978         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1979
1980         zone = page_zone(page);
1981         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1982
1983         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1984                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1985                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1986                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1987                         return 0;
1988
1989                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1990         }
1991
1992         /* Remove page from free list */
1993         list_del(&page->lru);
1994         zone->free_area[order].nr_free--;
1995         rmv_page_order(page);
1996
1997         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1998         if (order >= pageblock_order - 1) {
1999                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2000                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2001                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2002                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2003                                 set_pageblock_migratetype(page,
2004                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2005                 }
2006         }
2007
2008         set_page_owner(page, order, 0);
2009         return 1UL << order;
2010 }
2011
2012 /*
2013  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2014  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2015  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2016  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2017  * are enabled.
2018  *
2019  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2020  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2021  */
2022 int split_free_page(struct page *page)
2023 {
2024         unsigned int order;
2025         int nr_pages;
2026
2027         order = page_order(page);
2028
2029         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2030         if (!nr_pages)
2031                 return 0;
2032
2033         /* Split into individual pages */
2034         set_page_refcounted(page);
2035         split_page(page, order);
2036         return nr_pages;
2037 }
2038
2039 /*
2040  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2041  */
2042 static inline
2043 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2044                         struct zone *zone, unsigned int order,
2045                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2046 {
2047         unsigned long flags;
2048         struct page *page;
2049         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2050
2051         if (likely(order == 0)) {
2052                 struct per_cpu_pages *pcp;
2053                 struct list_head *list;
2054
2055                 local_irq_save(flags);
2056                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2057                 list = &pcp->lists[migratetype];
2058                 if (list_empty(list)) {
2059                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2060                                         pcp->batch, list,
2061                                         migratetype, cold);
2062                         if (unlikely(list_empty(list)))
2063                                 goto failed;
2064                 }
2065
2066                 if (cold)
2067                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2068                 else
2069                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2070
2071                 list_del(&page->lru);
2072                 pcp->count--;
2073         } else {
2074                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2075                         /*
2076                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2077                          *
2078                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2079                          * properly detect and handle allocation failures.
2080                          *
2081                          * We most definitely don't want callers attempting to
2082                          * allocate greater than order-1 page units with
2083                          * __GFP_NOFAIL.
2084                          */
2085                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2086                 }
2087                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2088                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2089                 spin_unlock(&zone->lock);
2090                 if (!page)
2091                         goto failed;
2092                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2093                                           get_freepage_migratetype(page));
2094         }
2095
2096         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2097         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2098             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2099                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2100
2101         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2102         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2103         local_irq_restore(flags);
2104
2105         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2106         return page;
2107
2108 failed:
2109         local_irq_restore(flags);
2110         return NULL;
2111 }
2112
2113 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2114
2115 static struct {
2116         struct fault_attr attr;
2117
2118         u32 ignore_gfp_highmem;
2119         u32 ignore_gfp_wait;
2120         u32 min_order;
2121 } fail_page_alloc = {
2122         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2123         .ignore_gfp_wait = 1,
2124         .ignore_gfp_highmem = 1,
2125         .min_order = 1,
2126 };
2127
2128 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2129 {
2130         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2131 }
2132 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2133
2134 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2135 {
2136         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2137                 return false;
2138         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2139                 return false;
2140         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2141                 return false;
2142         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2143                 return false;
2144
2145         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2146 }
2147
2148 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2149
2150 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2151 {
2152         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2153         struct dentry *dir;
2154
2155         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2156                                         &fail_page_alloc.attr);
2157         if (IS_ERR(dir))
2158                 return PTR_ERR(dir);
2159
2160         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2161                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2162                 goto fail;
2163         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2164                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2165                 goto fail;
2166         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2167                                 &fail_page_alloc.min_order))
2168                 goto fail;
2169
2170         return 0;
2171 fail:
2172         debugfs_remove_recursive(dir);
2173
2174         return -ENOMEM;
2175 }
2176
2177 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2178
2179 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2180
2181 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2182
2183 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2184 {
2185         return false;
2186 }
2187
2188 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2189
2190 /*
2191  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2192  * of the allocation.
2193  */
2194 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2195                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2196                         long free_pages)
2197 {
2198         /* free_pages may go negative - that's OK */
2199         long min = mark;
2200         int o;
2201         long free_cma = 0;
2202
2203         free_pages -= (1 << order) - 1;
2204         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2205                 min -= min / 2;
2206         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2207                 min -= min / 4;
2208 #ifdef CONFIG_CMA
2209         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2210         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2211                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2212 #endif
2213
2214         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2215                 return false;
2216         for (o = 0; o < order; o++) {
2217                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2218                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2219
2220                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2221                 min >>= 1;
2222
2223                 if (free_pages <= min)
2224                         return false;
2225         }
2226         return true;
2227 }
2228
2229 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2230                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2231 {
2232         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2233                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2234 }
2235
2236 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2237                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2238 {
2239         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2240
2241         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2242                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2243
2244         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2245                                                                 free_pages);
2246 }
2247
2248 #ifdef CONFIG_NUMA
2249 /*
2250  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2251  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2252  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2253  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2254  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2255  *
2256  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2257  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2258  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2259  *
2260  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2261  * nothing and returns NULL.
2262  *
2263  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2264  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2265  *
2266  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2267  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2268  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2269  * quickly as we can.
2270  */
2271 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2272 {
2273         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2274         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2275
2276         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2277         if (!zlc)
2278                 return NULL;
2279
2280         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2281                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2282                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2283         }
2284
2285         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2286                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2287                                         &node_states[N_MEMORY];
2288         return allowednodes;
2289 }
2290
2291 /*
2292  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2293  * if it is worth looking at further for free memory:
2294  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2295  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2296  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2297  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2298  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2299  * else return false (zero) if it is not.
2300  *
2301  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2302  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2303  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2304  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2305  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2306  * into the second scan of the zonelist.
2307  *
2308  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2309  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2310  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2311  * unturned looking for a free page.
2312  */
2313 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2314                                                 nodemask_t *allowednodes)
2315 {
2316         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2317         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2318         int n;                          /* node that zone *z is on */
2319
2320         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2321         if (!zlc)
2322                 return 1;
2323
2324         i = z - zonelist->_zonerefs;
2325         n = zlc->z_to_n[i];
2326
2327         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2328         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2329 }
2330
2331 /*
2332  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2333  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2334  * from that zone don't waste time re-examining it.
2335  */
2336 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2337 {
2338         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2339         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2340
2341         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2342         if (!zlc)
2343                 return;
2344
2345         i = z - zonelist->_zonerefs;
2346
2347         set_bit(i, zlc->fullzones);
2348 }
2349
2350 /*
2351  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2352  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2353  */
2354 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2355 {
2356         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2357
2358         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2359         if (!zlc)
2360                 return;
2361
2362         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2363 }
2364
2365 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2366 {
2367         return local_zone->node == zone->node;
2368 }
2369
2370 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2371 {
2372         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2373                                 RECLAIM_DISTANCE;
2374 }
2375
2376 #else   /* CONFIG_NUMA */
2377
2378 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2379 {
2380         return NULL;
2381 }
2382
2383 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2384                                 nodemask_t *allowednodes)
2385 {
2386         return 1;
2387 }
2388
2389 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2390 {
2391 }
2392
2393 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2394 {
2395 }
2396
2397 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2398 {
2399         return true;
2400 }
2401
2402 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2403 {
2404         return true;
2405 }
2406
2407 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2408
2409 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2410 {
2411         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2412
2413         do {
2414                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2415                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2416                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2417                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2418         } while (zone++ != preferred_zone);
2419 }
2420
2421 /*
2422  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2423  * a page.
2424  */
2425 static struct page *
2426 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2427                                                 const struct alloc_context *ac)
2428 {
2429         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2430         struct zoneref *z;
2431         struct page *page = NULL;
2432         struct zone *zone;
2433         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2434         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2435         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2436         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2437                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2438         int nr_fair_skipped = 0;
2439         bool zonelist_rescan;
2440
2441 zonelist_scan:
2442         zonelist_rescan = false;
2443
2444         /*
2445          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2446          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2447          */
2448         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2449                                                                 ac->nodemask) {
2450                 unsigned long mark;
2451
2452                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2453                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2454                                 continue;
2455                 if (cpusets_enabled() &&
2456                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2457                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2458                                 continue;
2459                 /*
2460                  * Distribute pages in proportion to the individual
2461                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2462                  * page was allocated in should have no effect on the
2463                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2464                  */
2465                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2466                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2467                                 break;
2468                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2469                                 nr_fair_skipped++;
2470                                 continue;
2471                         }
2472                 }
2473                 /*
2474                  * When allocating a page cache page for writing, we
2475                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2476                  * limit, such that no single zone holds more than its
2477                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2478                  * The dirty limits take into account the zone's
2479                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2480                  * should be able to balance it without having to
2481                  * write pages from its LRU list.
2482                  *
2483                  * This may look like it could increase pressure on
2484                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2485                  * before they are full.  But the pages that do spill
2486                  * over are limited as the lower zones are protected
2487                  * by this very same mechanism.  It should not become
2488                  * a practical burden to them.
2489                  *
2490                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2491                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2492                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2493                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2494                  * zones are together not big enough to reach the
2495                  * global limit.  The proper fix for these situations
2496                  * will require awareness of zones in the
2497                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2498                  */
2499                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2500                         continue;
2501
2502                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2503                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2504                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2505                         int ret;
2506
2507                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2508                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2509                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2510                                 goto try_this_zone;
2511
2512                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2513                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2514                                 /*
2515                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2516                                  * and before considering the first zone allowed
2517                                  * by the cpuset.
2518                                  */
2519                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2520                                 zlc_active = 1;
2521                                 did_zlc_setup = 1;
2522                         }
2523
2524                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2525                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2526                                 goto this_zone_full;
2527
2528                         /*
2529                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2530                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2531                          */
2532                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2533                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2534                                 continue;
2535
2536                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2537                         switch (ret) {
2538                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2539                                 /* did not scan */
2540                                 continue;
2541                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2542                                 /* scanned but unreclaimable */
2543                                 continue;
2544                         default:
2545                                 /* did we reclaim enough */
2546                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2547                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2548                                         goto try_this_zone;
2549
2550                                 /*
2551                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2552                                  * Only mark the zone full if checking the min
2553                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2554                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2555                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2556                                  * when the watermark is between the low and
2557                                  * min watermarks.
2558                                  */
2559                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2560                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2561                                         goto this_zone_full;
2562
2563                                 continue;
2564                         }
2565                 }
2566
2567 try_this_zone:
2568                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2569                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2570                 if (page) {
2571                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2572                                 goto try_this_zone;
2573                         return page;
2574                 }
2575 this_zone_full:
2576                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2577                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2578         }
2579
2580         /*
2581          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2582          * local node.  However, the local node might have free pages left
2583          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2584          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2585          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2586          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2587          */
2588         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2589                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2590                 if (nr_fair_skipped) {
2591                         zonelist_rescan = true;
2592                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2593                 }
2594                 if (nr_online_nodes > 1)
2595                         zonelist_rescan = true;
2596         }
2597
2598         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2599                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2600                 zlc_active = 0;
2601                 zonelist_rescan = true;
2602         }
2603
2604         if (zonelist_rescan)
2605                 goto zonelist_scan;
2606
2607         return NULL;
2608 }
2609
2610 /*
2611  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2612  * meminfo in irq context.
2613  */
2614 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2615 {
2616         bool ret = false;
2617
2618 #if NODES_SHIFT > 8
2619         ret = in_interrupt();
2620 #endif
2621         return ret;
2622 }
2623
2624 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2625                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2626                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2627
2628 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2629 {
2630         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2631
2632         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2633             debug_guardpage_minorder() > 0)
2634                 return;
2635
2636         /*
2637          * This documents exceptions given to allocations in certain
2638          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2639          * of allowed nodes.
2640          */
2641         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2642                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2643                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2644                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2645         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2646                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2647
2648         if (fmt) {
2649                 struct va_format vaf;
2650                 va_list args;
2651
2652                 va_start(args, fmt);
2653
2654                 vaf.fmt = fmt;
2655                 vaf.va = &args;
2656
2657                 pr_warn("%pV", &vaf);
2658
2659                 va_end(args);
2660         }
2661
2662         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2663                 current->comm, order, gfp_mask);
2664
2665         dump_stack();
2666         if (!should_suppress_show_mem())
2667                 show_mem(filter);
2668 }
2669
2670 static inline struct page *
2671 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2672         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2673 {
2674         struct page *page;
2675
2676         *did_some_progress = 0;
2677
2678         /*
2679          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2680          * making progress for us.
2681          */
2682         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2683                 *did_some_progress = 1;
2684                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2685                 return NULL;
2686         }
2687
2688         /*
2689          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2690          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2691          * we're still under heavy pressure.
2692          */
2693         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2694                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2695         if (page)
2696                 goto out;
2697
2698         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2699                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2700                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2701                         goto out;
2702                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2703                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2704                         goto out;
2705                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2706                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2707                         goto out;
2708                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2709                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2710                         /*
2711                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2712                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2713                          * keep looping as per tradition.
2714                          */
2715                         *did_some_progress = 1;
2716                         goto out;
2717                 }
2718                 if (pm_suspended_storage())
2719                         goto out;
2720                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2721                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2722                         goto out;
2723         }
2724         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2725         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2726                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2727                 *did_some_progress = 1;
2728 out:
2729         mutex_unlock(&oom_lock);
2730         return page;
2731 }
2732
2733 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2734 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2735 static struct page *
2736 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2737                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2738                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2739                 bool *deferred_compaction)
2740 {
2741         unsigned long compact_result;
2742         struct page *page;
2743
2744         if (!order)
2745                 return NULL;
2746
2747         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2748         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2749                                                 mode, contended_compaction);
2750         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2751
2752         switch (compact_result) {
2753         case COMPACT_DEFERRED:
2754                 *deferred_compaction = true;
2755                 /* fall-through */
2756         case COMPACT_SKIPPED:
2757                 return NULL;
2758         default:
2759                 break;
2760         }
2761
2762         /*
2763          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2764          * count a compaction stall
2765          */
2766         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2767
2768         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2769                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2770
2771         if (page) {
2772                 struct zone *zone = page_zone(page);
2773
2774                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2775                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2776                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2777                 return page;
2778         }
2779
2780         /*
2781          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2782          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2783          */
2784         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2785
2786         cond_resched();
2787
2788         return NULL;
2789 }
2790 #else
2791 static inline struct page *
2792 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2793                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2794                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2795                 bool *deferred_compaction)
2796 {
2797         return NULL;
2798 }
2799 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2800
2801 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2802 static int
2803 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2804                                         const struct alloc_context *ac)
2805 {
2806         struct reclaim_state reclaim_state;
2807         int progress;
2808
2809         cond_resched();
2810
2811         /* We now go into synchronous reclaim */
2812         cpuset_memory_pressure_bump();
2813         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2814         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2815         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2816         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2817
2818         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2819                                                                 ac->nodemask);
2820
2821         current->reclaim_state = NULL;
2822         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2823         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2824
2825         cond_resched();
2826
2827         return progress;
2828 }
2829
2830 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2831 static inline struct page *
2832 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2833                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2834                 unsigned long *did_some_progress)
2835 {
2836         struct page *page = NULL;
2837         bool drained = false;
2838
2839         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2840         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2841                 return NULL;
2842
2843         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2844         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2845                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2846
2847 retry:
2848         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2849                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2850
2851         /*
2852          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2853          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2854          */
2855         if (!page && !drained) {
2856                 drain_all_pages(NULL);
2857                 drained = true;
2858                 goto retry;
2859         }
2860
2861         return page;
2862 }
2863
2864 /*
2865  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2866  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2867  */
2868 static inline struct page *
2869 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2870                                 const struct alloc_context *ac)
2871 {
2872         struct page *page;
2873
2874         do {
2875                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2876                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2877
2878                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2879                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2880                                                                         HZ/50);
2881         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2882
2883         return page;
2884 }
2885
2886 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2887 {
2888         struct zoneref *z;
2889         struct zone *zone;
2890
2891         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2892                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2893                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2894 }
2895
2896 static inline int
2897 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2898 {
2899         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2900         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2901
2902         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2903         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2904
2905         /*
2906          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2907          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2908          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2909          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2910          */
2911         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2912
2913         if (atomic) {
2914                 /*
2915                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2916                  * if it can't schedule.
2917                  */
2918                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2919                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2920                 /*
2921                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2922                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2923                  */
2924                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2925         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2926                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2927
2928         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2929                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2930                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2931                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2932                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2933                 else if (!in_interrupt() &&
2934                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2935                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2936                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2937         }
2938 #ifdef CONFIG_CMA
2939         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2940                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2941 #endif
2942         return alloc_flags;
2943 }
2944
2945 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2946 {
2947         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2948 }
2949
2950 static inline struct page *
2951 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2952                                                 struct alloc_context *ac)
2953 {
2954         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2955         struct page *page = NULL;
2956         int alloc_flags;
2957         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2958         unsigned long did_some_progress;
2959         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2960         bool deferred_compaction = false;
2961         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2962
2963         /*
2964          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2965          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2966          * be using allocators in order of preference for an area that is
2967          * too large.
2968          */
2969         if (order >= MAX_ORDER) {
2970                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2971                 return NULL;
2972         }
2973
2974         /*
2975          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2976          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2977          * speculative node-specific allocation.
2978          */
2979         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2980                 goto nopage;
2981
2982 retry:
2983         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2984                 wake_all_kswapds(order, ac);
2985
2986         /*
2987          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2988          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2989          * to how we want to proceed.
2990          */
2991         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2992
2993         /*
2994          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2995          * cpusets.
2996          */
2997         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2998                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2999                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3000                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3001                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3002         }
3003
3004         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3005         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3006                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3007         if (page)
3008                 goto got_pg;
3009
3010         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3011         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3012                 /*
3013                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3014                  * the allocation is high priority and these type of
3015                  * allocations are system rather than user orientated
3016                  */
3017                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3018
3019                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3020
3021                 if (page) {
3022                         goto got_pg;
3023                 }
3024         }
3025
3026         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
3027         if (!wait) {
3028                 /*
3029                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3030                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3031                  * type of allocation to fail.
3032                  */
3033                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3034                 goto nopage;
3035         }
3036
3037         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3038         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3039                 goto nopage;
3040
3041         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3042         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3043                 goto nopage;
3044
3045         /*
3046          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3047          * attempts after direct reclaim are synchronous
3048          */
3049         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3050                                         migration_mode,
3051                                         &contended_compaction,
3052                                         &deferred_compaction);
3053         if (page)
3054                 goto got_pg;
3055
3056         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3057         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3058                 /*
3059                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3060                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3061                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3062                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3063                  * instead of entering direct reclaim.
3064                  */
3065                 if (deferred_compaction)
3066                         goto nopage;
3067
3068                 /*
3069                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3070                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3071                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3072                  * so we fallback to base pages instead.
3073                  */
3074                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3075                         goto nopage;
3076
3077                 /*
3078                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3079                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3080                  * khugepaged trying to collapse.
3081                  */
3082                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3083                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3084                         goto nopage;
3085         }
3086
3087         /*
3088          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3089          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3090          * khugepaged trying to collapse.
3091          */
3092         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3093                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3094                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3095
3096         /* Try direct reclaim and then allocating */
3097         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3098                                                         &did_some_progress);
3099         if (page)
3100                 goto got_pg;
3101
3102         /* Do not loop if specifically requested */
3103         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3104                 goto noretry;
3105
3106         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3107         pages_reclaimed += did_some_progress;
3108         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3109             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3110                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3111                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3112                 goto retry;
3113         }
3114
3115         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3116         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3117         if (page)
3118                 goto got_pg;
3119
3120         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3121         if (did_some_progress)
3122                 goto retry;
3123
3124 noretry:
3125         /*
3126          * High-order allocations do not necessarily loop after
3127          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3128          * being called after reclaim so call directly if necessary
3129          */
3130         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3131                                             ac, migration_mode,
3132                                             &contended_compaction,
3133                                             &deferred_compaction);
3134         if (page)
3135                 goto got_pg;
3136 nopage:
3137         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3138 got_pg:
3139         return page;
3140 }
3141
3142 /*
3143  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3144  */
3145 struct page *
3146 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3147                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3148 {
3149         struct zoneref *preferred_zoneref;
3150         struct page *page = NULL;
3151         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3152         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3153         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3154         struct alloc_context ac = {
3155                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3156                 .nodemask = nodemask,
3157                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3158         };
3159
3160         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3161
3162         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3163
3164         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3165
3166         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3167                 return NULL;
3168
3169         /*
3170          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3171          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3172          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3173          */
3174         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3175                 return NULL;
3176
3177         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3178                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3179
3180 retry_cpuset:
3181         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3182
3183         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3184         ac.zonelist = zonelist;
3185         /* The preferred zone is used for statistics later */
3186         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3187                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3188                                 &ac.preferred_zone);
3189         if (!ac.preferred_zone)
3190                 goto out;
3191         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3192
3193         /* First allocation attempt */
3194         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3195         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3196         if (unlikely(!page)) {
3197                 /*
3198                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3199                  * can deadlock because I/O on the device might not
3200                  * complete.
3201                  */
3202                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3203
3204                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3205         }
3206
3207         if (kmemcheck_enabled && page)
3208                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3209
3210         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3211
3212 out:
3213         /*
3214          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3215          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3216          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3217          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3218          */
3219         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3220                 goto retry_cpuset;
3221
3222         return page;
3223 }
3224 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3225
3226 /*
3227  * Common helper functions.
3228  */
3229 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3230 {
3231         struct page *page;
3232
3233         /*
3234          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3235          * a highmem page
3236          */
3237         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3238
3239         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3240         if (!page)
3241                 return 0;
3242         return (unsigned long) page_address(page);
3243 }
3244 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3245
3246 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3247 {
3248         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3249 }
3250 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3251
3252 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3253 {
3254         if (put_page_testzero(page)) {
3255                 if (order == 0)
3256                         free_hot_cold_page(page, false);
3257                 else
3258                         __free_pages_ok(page, order);
3259         }
3260 }
3261
3262 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3263
3264 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3265 {
3266         if (addr != 0) {
3267                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3268                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3269         }
3270 }
3271
3272 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3273
3274 /*
3275  * Page Fragment:
3276  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3277  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3278  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3279  *
3280  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3281  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3282  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3283  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3284  */
3285 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3286                                        gfp_t gfp_mask)
3287 {
3288         struct page *page = NULL;
3289         gfp_t gfp = gfp_mask;
3290
3291 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3292         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3293                     __GFP_NOMEMALLOC;
3294         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3295                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3296         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3297 #endif
3298         if (unlikely(!page))
3299                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3300
3301         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3302
3303         return page;
3304 }
3305
3306 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3307                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3308 {
3309         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3310         struct page *page;
3311         int offset;
3312
3313         if (unlikely(!nc->va)) {
3314 refill:
3315                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3316                 if (!page)
3317                         return NULL;
3318
3319 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3320                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3321                 size = nc->size;
3322 #endif
3323                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3324                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3325                  */
3326                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3327
3328                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3329                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3330                 nc->pagecnt_bias = size;
3331                 nc->offset = size;
3332         }
3333
3334         offset = nc->offset - fragsz;
3335         if (unlikely(offset < 0)) {
3336                 page = virt_to_page(nc->va);
3337
3338                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3339                         goto refill;
3340
3341 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3342                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3343                 size = nc->size;
3344 #endif
3345                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3346                 atomic_set(&page->_count, size);
3347
3348                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3349                 nc->pagecnt_bias = size;
3350                 offset = size - fragsz;
3351         }
3352
3353         nc->pagecnt_bias--;
3354         nc->offset = offset;
3355
3356         return nc->va + offset;
3357 }
3358 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3359
3360 /*
3361  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3362  */
3363 void __free_page_frag(void *addr)
3364 {
3365         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3366
3367         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3368                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3369 }
3370 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3371
3372 /*
3373  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3374  * of the current memory cgroup.
3375  *
3376  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3377  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3378  */
3379 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3380 {
3381         struct page *page;
3382         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3383
3384         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3385                 return NULL;
3386         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3387         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3388         return page;
3389 }
3390
3391 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3392 {
3393         struct page *page;
3394         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3395
3396         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3397                 return NULL;
3398         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3399         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3400         return page;
3401 }
3402
3403 /*
3404  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3405  * alloc_kmem_pages.
3406  */
3407 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3408 {
3409         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3410         __free_pages(page, order);
3411 }
3412
3413 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3414 {
3415         if (addr != 0) {
3416                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3417                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3418         }
3419 }
3420
3421 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3422 {
3423         if (addr) {
3424                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3425                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3426
3427                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3428                 while (used < alloc_end) {
3429                         free_page(used);
3430                         used += PAGE_SIZE;
3431                 }
3432         }
3433         return (void *)addr;
3434 }
3435
3436 /**
3437  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3438  * @size: the number of bytes to allocate
3439  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3440  *
3441  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3442  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3443  * allocate memory in power-of-two pages.
3444  *
3445  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3446  *
3447  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3448  */
3449 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3450 {
3451         unsigned int order = get_order(size);
3452         unsigned long addr;
3453
3454         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3455         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3456 }
3457 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3458
3459 /**
3460  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3461  *                         pages on a node.
3462  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3463  * @size: the number of bytes to allocate
3464  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3465  *
3466  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3467  * back.
3468  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3469  * but is not exact.
3470  */
3471 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3472 {
3473         unsigned order = get_order(size);
3474         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3475         if (!p)
3476                 return NULL;
3477         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3478 }
3479
3480 /**
3481  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3482  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3483  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3484  *
3485  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3486  */
3487 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3488 {
3489         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3490         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3491
3492         while (addr < end) {
3493                 free_page(addr);
3494                 addr += PAGE_SIZE;
3495         }
3496 }
3497 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3498
3499 /**
3500  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3501  * @offset: The zone index of the highest zone
3502  *
3503  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3504  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3505  * zone, the number of pages is calculated as:
3506  *     managed_pages - high_pages
3507  */
3508 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3509 {
3510         struct zoneref *z;
3511         struct zone *zone;
3512
3513         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3514         unsigned long sum = 0;
3515
3516         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3517
3518         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3519                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3520                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3521                 if (size > high)
3522                         sum += size - high;
3523         }
3524
3525         return sum;
3526 }
3527
3528 /**
3529  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3530  *
3531  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3532  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3533  */
3534 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3535 {
3536         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3537 }
3538 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3539
3540 /**
3541  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3542  *
3543  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3544  * high watermark within all zones.
3545  */
3546 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3547 {
3548         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3549 }
3550
3551 static inline void show_node(struct zone *zone)
3552 {
3553         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3554                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3555 }
3556
3557 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3558 {
3559         val->totalram = totalram_pages;
3560         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3561         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3562         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3563         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3564         val->freehigh = nr_free_highpages();
3565         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3566 }
3567
3568 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3569
3570 #ifdef CONFIG_NUMA
3571 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3572 {
3573         int zone_type;          /* needs to be signed */
3574         unsigned long managed_pages = 0;
3575         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3576
3577         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3578                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3579         val->totalram = managed_pages;
3580         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3581         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3582 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3583         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3584         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3585                         NR_FREE_PAGES);
3586 #else
3587         val->totalhigh = 0;
3588         val->freehigh = 0;
3589 #endif
3590         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3591 }
3592 #endif
3593
3594 /*
3595  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3596  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3597  */
3598 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3599 {
3600         bool ret = false;
3601         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3602
3603         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3604                 goto out;
3605
3606         do {
3607                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3608                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3609         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3610 out:
3611         return ret;
3612 }
3613
3614 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3615
3616 static void show_migration_types(unsigned char type)
3617 {
3618         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3619                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3620                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3621                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3622                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3623 #ifdef CONFIG_CMA
3624                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3625 #endif
3626 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3627                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3628 #endif
3629         };
3630         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3631         char *p = tmp;
3632         int i;
3633
3634         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3635                 if (type & (1 << i))
3636                         *p++ = types[i];
3637         }
3638
3639         *p = '\0';
3640         printk("(%s) ", tmp);
3641 }
3642
3643 /*
3644  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3645  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3646  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3647  *
3648  * Bits in @filter:
3649  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3650  *   cpuset.
3651  */
3652 void show_free_areas(unsigned int filter)
3653 {
3654         unsigned long free_pcp = 0;
3655         int cpu;
3656         struct zone *zone;
3657
3658         for_each_populated_zone(zone) {
3659                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3660                         continue;
3661
3662                 for_each_online_cpu(cpu)
3663                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3664         }
3665
3666         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3667                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3668                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3669                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3670                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3671                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3672                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3673                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3674                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3675                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3676                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3677                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3678                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3679                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3680                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3681                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3682                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3683                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3684                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3685                 global_page_state(NR_SHMEM),
3686                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3687                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3688                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3689                 free_pcp,
3690                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3691
3692         for_each_populated_zone(zone) {
3693                 int i;
3694
3695                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3696                         continue;
3697
3698                 free_pcp = 0;
3699                 for_each_online_cpu(cpu)
3700                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3701
3702                 show_node(zone);
3703                 printk("%s"
3704                         " free:%lukB"
3705                         " min:%lukB"
3706                         " low:%lukB"
3707                         " high:%lukB"
3708                         " active_anon:%lukB"
3709                         " inactive_anon:%lukB"
3710                         " active_file:%lukB"
3711                         " inactive_file:%lukB"
3712                         " unevictable:%lukB"
3713                         " isolated(anon):%lukB"
3714                         " isolated(file):%lukB"
3715                         " present:%lukB"
3716                         " managed:%lukB"
3717                         " mlocked:%lukB"
3718                         " dirty:%lukB"
3719                         " writeback:%lukB"
3720                         " mapped:%lukB"
3721                         " shmem:%lukB"
3722                         " slab_reclaimable:%lukB"
3723                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3724                         " kernel_stack:%lukB"
3725                         " pagetables:%lukB"
3726                         " unstable:%lukB"
3727                         " bounce:%lukB"
3728                         " free_pcp:%lukB"
3729                         " local_pcp:%ukB"
3730                         " free_cma:%lukB"
3731                         " writeback_tmp:%lukB"
3732                         " pages_scanned:%lu"
3733                         " all_unreclaimable? %s"
3734                         "\n",
3735                         zone->name,
3736                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3737                         K(min_wmark_pages(zone)),
3738                         K(low_wmark_pages(zone)),
3739                         K(high_wmark_pages(zone)),
3740                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3741                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3742                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3743                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3744                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3745                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3746                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3747                         K(zone->present_pages),
3748                         K(zone->managed_pages),
3749                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3750                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3751                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3752                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3753                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3754                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3755                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3756                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3757                                 THREAD_SIZE / 1024,
3758                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3759                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3760                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3761                         K(free_pcp),
3762                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3763                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3764                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3765                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3766                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3767                         );
3768                 printk("lowmem_reserve[]:");
3769                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3770                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3771                 printk("\n");
3772         }
3773
3774         for_each_populated_zone(zone) {
3775                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3776                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3777
3778                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3779                         continue;
3780                 show_node(zone);
3781                 printk("%s: ", zone->name);
3782
3783                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3784                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3785                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3786                         int type;
3787
3788                         nr[order] = area->nr_free;
3789                         total += nr[order] << order;
3790
3791                         types[order] = 0;
3792                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3793                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3794                                         types[order] |= 1 << type;
3795                         }
3796                 }
3797                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3798                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3799                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3800                         if (nr[order])
3801                                 show_migration_types(types[order]);
3802                 }
3803                 printk("= %lukB\n", K(total));
3804         }
3805
3806         hugetlb_show_meminfo();
3807
3808         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3809
3810         show_swap_cache_info();
3811 }
3812
3813 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3814 {
3815         zoneref->zone = zone;
3816         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3817 }
3818
3819 /*
3820  * Builds allocation fallback zone lists.
3821  *
3822  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3823  */
3824 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3825                                 int nr_zones)
3826 {
3827         struct zone *zone;
3828         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3829
3830         do {
3831                 zone_type--;
3832                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3833                 if (populated_zone(zone)) {
3834                         zoneref_set_zone(zone,
3835                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3836                         check_highest_zone(zone_type);
3837                 }
3838         } while (zone_type);
3839
3840         return nr_zones;
3841 }
3842
3843
3844 /*
3845  *  zonelist_order:
3846  *  0 = automatic detection of better ordering.
3847  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3848  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3849  *
3850  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3851  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3852  */
3853 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3854 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3855 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3856
3857 /* zonelist order in the kernel.
3858  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3859  */
3860 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3861 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3862
3863
3864 #ifdef CONFIG_NUMA
3865 /* The value user specified ....changed by config */
3866 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3867 /* string for sysctl */
3868 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3869 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3870
3871 /*
3872  * interface for configure zonelist ordering.
3873  * command line option "numa_zonelist_order"
3874  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3875  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3876  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3877  */
3878
3879 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3880 {
3881         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3882                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3883         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3884                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3885         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3886                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3887         } else {
3888                 printk(KERN_WARNING
3889                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3890                         "%s\n", s);
3891                 return -EINVAL;
3892         }
3893         return 0;
3894 }
3895
3896 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3897 {
3898         int ret;
3899
3900         if (!s)
3901                 return 0;
3902
3903         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3904         if (ret == 0)
3905                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3906
3907         return ret;
3908 }
3909 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3910
3911 /*
3912  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3913  */
3914 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3915                 void __user *buffer, size_t *length,
3916                 loff_t *ppos)
3917 {
3918         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3919         int ret;
3920         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3921
3922         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3923         if (write) {
3924                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3925                         ret = -EINVAL;
3926                         goto out;
3927                 }
3928                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3929         }
3930         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3931         if (ret)
3932                 goto out;
3933         if (write) {
3934                 int oldval = user_zonelist_order;
3935
3936                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3937                 if (ret) {
3938                         /*
3939                          * bogus value.  restore saved string
3940                          */
3941                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3942                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3943                         user_zonelist_order = oldval;
3944                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3945                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3946                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3947                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3948                 }
3949         }
3950 out:
3951         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3952         return ret;
3953 }
3954
3955
3956 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3957 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3958
3959 /**
3960  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3961  * @node: node whose fallback list we're appending
3962  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3963  *
3964  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3965  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3966  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3967  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3968  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3969  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3970  * on them otherwise.
3971  * It returns -1 if no node is found.
3972  */
3973 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3974 {
3975         int n, val;
3976         int min_val = INT_MAX;
3977         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3978         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3979
3980         /* Use the local node if we haven't already */
3981         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3982                 node_set(node, *used_node_mask);
3983                 return node;
3984         }
3985
3986         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3987
3988                 /* Don't want a node to appear more than once */
3989                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3990                         continue;
3991
3992                 /* Use the distance array to find the distance */
3993                 val = node_distance(node, n);
3994
3995                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3996                 val += (n < node);
3997
3998                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3999                 tmp = cpumask_of_node(n);
4000                 if (!cpumask_empty(tmp))
4001                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4002
4003                 /* Slight preference for less loaded node */
4004                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4005                 val += node_load[n];
4006
4007                 if (val < min_val) {
4008                         min_val = val;
4009                         best_node = n;
4010                 }
4011         }
4012
4013         if (best_node >= 0)
4014                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4015
4016         return best_node;
4017 }
4018
4019
4020 /*
4021  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4022  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4023  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4024  */
4025 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4026 {
4027         int j;
4028         struct zonelist *zonelist;
4029
4030         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4031         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4032                 ;
4033         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4034         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4035         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4036 }
4037
4038 /*
4039  * Build gfp_thisnode zonelists
4040  */
4041 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4042 {
4043         int j;
4044         struct zonelist *zonelist;
4045
4046         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4047         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4048         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4049         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4050 }
4051
4052 /*
4053  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4054  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4055  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4056  * may still exist in local DMA zone.
4057  */
4058 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4059
4060 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4061 {
4062         int pos, j, node;
4063         int zone_type;          /* needs to be signed */
4064         struct zone *z;
4065         struct zonelist *zonelist;
4066
4067         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4068         pos = 0;
4069         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4070                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4071                         node = node_order[j];
4072                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4073                         if (populated_zone(z)) {
4074                                 zoneref_set_zone(z,
4075                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4076                                 check_highest_zone(zone_type);
4077                         }
4078                 }
4079         }
4080         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4081         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4082 }
4083
4084 #if defined(CONFIG_64BIT)
4085 /*
4086  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4087  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4088  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4089  */
4090 static int default_zonelist_order(void)
4091 {
4092         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4093 }
4094 #else
4095 /*
4096  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4097  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4098  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4099  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4100  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4101  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4102  */
4103 static int default_zonelist_order(void)
4104 {
4105         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4106 }
4107 #endif /* CONFIG_64BIT */
4108
4109 static void set_zonelist_order(void)
4110 {
4111         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4112                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4113         else
4114                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4115 }
4116
4117 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4118 {
4119         int j, node, load;
4120         enum zone_type i;
4121         nodemask_t used_mask;
4122         int local_node, prev_node;
4123         struct zonelist *zonelist;
4124         int order = current_zonelist_order;
4125
4126         /* initialize zonelists */
4127         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4128                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4129                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4130                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4131         }
4132
4133         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4134         local_node = pgdat->node_id;
4135         load = nr_online_nodes;
4136         prev_node = local_node;
4137         nodes_clear(used_mask);
4138
4139         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4140         j = 0;
4141
4142         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4143                 /*
4144                  * We don't want to pressure a particular node.
4145                  * So adding penalty to the first node in same
4146                  * distance group to make it round-robin.
4147                  */
4148                 if (node_distance(local_node, node) !=
4149                     node_distance(local_node, prev_node))
4150                         node_load[node] = load;
4151
4152                 prev_node = node;
4153                 load--;
4154                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4155                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4156                 else
4157                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4158         }
4159
4160         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4161                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4162                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4163         }
4164
4165         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4166 }
4167
4168 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4169 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4170 {
4171         struct zonelist *zonelist;
4172         struct zonelist_cache *zlc;
4173         struct zoneref *z;
4174
4175         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4176         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4177         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4178         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4179                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4180 }
4181
4182 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4183 /*
4184  * Return node id of node used for "local" allocations.
4185  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4186  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4187  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4188  */
4189 int local_memory_node(int node)
4190 {
4191         struct zone *zone;
4192
4193         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4194                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4195                                    NULL,
4196                                    &zone);
4197         return zone->node;
4198 }
4199 #endif
4200
4201 #else   /* CONFIG_NUMA */
4202
4203 static void set_zonelist_order(void)
4204 {
4205         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4206 }
4207
4208 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4209 {
4210         int node, local_node;
4211         enum zone_type j;
4212         struct zonelist *zonelist;
4213
4214         local_node = pgdat->node_id;
4215
4216         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4217         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4218
4219         /*
4220          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4221          * of all the other nodes.
4222          * We don't want to pressure a particular node, so when
4223          * building the zones for node N, we make sure that the
4224          * zones coming right after the local ones are those from
4225          * node N+1 (modulo N)
4226          */
4227         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4228                 if (!node_online(node))
4229                         continue;
4230                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4231         }
4232         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4233                 if (!node_online(node))
4234                         continue;
4235                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4236         }
4237
4238         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4239         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4240 }
4241
4242 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4243 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4244 {
4245         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4246 }
4247
4248 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4249
4250 /*
4251  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4252  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4253  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4254  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4255  * with interrupts disabled.
4256  *
4257  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4258  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4259  * hotplugged processors.
4260  *
4261  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4262  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4263  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4264  */
4265 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4266 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4267 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4268
4269 /*
4270  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4271  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4272  */
4273 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4274
4275 /* return values int ....just for stop_machine() */
4276 static int __build_all_zonelists(void *data)
4277 {
4278         int nid;
4279         int cpu;
4280         pg_data_t *self = data;
4281
4282 #ifdef CONFIG_NUMA
4283         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4284 #endif
4285
4286         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4287                 build_zonelists(self);
4288                 build_zonelist_cache(self);
4289         }
4290
4291         for_each_online_node(nid) {
4292                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4293
4294                 build_zonelists(pgdat);
4295                 build_zonelist_cache(pgdat);
4296         }
4297
4298         /*
4299          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4300          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4301          * each zone will be allocated later when the per cpu
4302          * allocator is available.
4303          *
4304          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4305          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4306          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4307          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4308          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4309          * (a chicken-egg dilemma).
4310          */
4311         for_each_possible_cpu(cpu) {
4312                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4313
4314 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4315                 /*
4316                  * We now know the "local memory node" for each node--
4317                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4318                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4319                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4320                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4321                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4322                  */
4323                 if (cpu_online(cpu))
4324                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4325 #endif
4326         }
4327
4328         return 0;
4329 }
4330
4331 static noinline void __init
4332 build_all_zonelists_init(void)
4333 {
4334         __build_all_zonelists(NULL);
4335         mminit_verify_zonelist();
4336         cpuset_init_current_mems_allowed();
4337 }
4338
4339 /*
4340  * Called with zonelists_mutex held always
4341  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4342  *
4343  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4344  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4345  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4346  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4347  */
4348 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4349 {
4350         set_zonelist_order();
4351
4352         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4353                 build_all_zonelists_init();
4354         } else {
4355 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4356                 if (zone)
4357                         setup_zone_pageset(zone);
4358 #endif
4359                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4360                    of zonelist */
4361                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4362                 /* cpuset refresh routine should be here */
4363         }
4364         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4365         /*
4366          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4367          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4368          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4369          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4370          * disabled and enable it later
4371          */
4372         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4373                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4374         else
4375                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4376
4377         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4378                 "Total pages: %ld\n",
4379                         nr_online_nodes,
4380                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4381                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4382                         vm_total_pages);
4383 #ifdef CONFIG_NUMA
4384         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4385 #endif
4386 }
4387
4388 /*
4389  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4390  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4391  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4392  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4393  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4394  * conservative, even though it seems large.
4395  *
4396  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4397  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4398  */
4399 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4400
4401 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4402 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4403 {
4404         unsigned long size = 1;
4405
4406         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4407
4408         while (size < pages)
4409                 size <<= 1;
4410
4411         /*
4412          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4413          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4414          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4415          */
4416         size = min(size, 4096UL);
4417
4418         return max(size, 4UL);
4419 }
4420 #else
4421 /*
4422  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4423  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4424  *
4425  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4426  *
4427  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4428  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4429  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4430  *
4431  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4432  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4433  *
4434  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4435  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4436  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4437  */
4438 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4439 {
4440         return 4096UL;
4441 }
4442 #endif
4443
4444 /*
4445  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4446  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4447  * hash function before the remainder is taken.
4448  */
4449 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4450 {
4451         return ffz(~size);
4452 }
4453
4454 /*
4455  * Check if a pageblock contains reserved pages
4456  */
4457 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4458 {
4459         unsigned long pfn;
4460
4461         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4462                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4463                         return 1;
4464         }
4465         return 0;
4466 }
4467
4468 /*
4469  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4470  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4471  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4472  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4473  * blocks as reclaim kicks in
4474  */
4475 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4476 {
4477         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4478         struct page *page;
4479         unsigned long block_migratetype;
4480         int reserve;
4481         int old_reserve;
4482
4483         /*
4484          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4485          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4486          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4487          * the block.
4488          */
4489         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4490         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4491         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4492         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4493                                                         pageblock_order;
4494
4495         /*
4496          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4497          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4498          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4499          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4500          * future allocation of hugepages at runtime.
4501          */
4502         reserve = min(2, reserve);
4503         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4504
4505         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4506         if (reserve == old_reserve)
4507                 return;
4508         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4509
4510         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4511                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4512                         return;
4513
4514                 if (!pfn_valid(pfn))
4515                         continue;
4516                 page = pfn_to_page(pfn);
4517
4518                 /* Watch out for overlapping nodes */
4519                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4520                         continue;
4521
4522                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4523
4524                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4525                 if (reserve > 0) {
4526                         /*
4527                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4528                          * them.
4529                          */
4530                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4531                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4532                                 continue;
4533
4534                         /* If this block is reserved, account for it */
4535                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4536                                 reserve--;
4537                                 continue;
4538                         }
4539
4540                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4541                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4542                                 set_pageblock_migratetype(page,
4543                                                         MIGRATE_RESERVE);
4544                                 move_freepages_block(zone, page,
4545                                                         MIGRATE_RESERVE);
4546                                 reserve--;
4547                                 continue;
4548                         }
4549                 } else if (!old_reserve) {
4550                         /*
4551                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4552                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4553                          */
4554                         break;
4555                 }
4556
4557                 /*
4558                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4559                  * take it back
4560                  */
4561                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4562                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4563                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4564                 }
4565         }
4566 }
4567
4568 /*
4569  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4570  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4571  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4572  */
4573 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4574                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4575 {
4576         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4577         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4578         unsigned long pfn;
4579         struct zone *z;
4580         unsigned long nr_initialised = 0;
4581
4582         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4583                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4584
4585         z = &pgdat->node_zones[zone];
4586         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4587                 /*
4588                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4589                  * handed to this function.  They do not
4590                  * exist on hotplugged memory.
4591                  */
4592                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4593                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4594                                 continue;
4595                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4596                                 continue;
4597                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4598                                                 &nr_initialised))
4599                                 break;
4600                 }
4601
4602                 /*
4603                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4604                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4605                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4606                  * the address space during boot when many long-lived
4607                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4608                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4609                  * setup_zone_migrate_reserve()
4610                  *
4611                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4612                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4613                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4614                  * pfn out of zone.
4615                  */
4616                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4617                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4618
4619                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4620                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4621                 } else {
4622                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4623                 }
4624         }
4625 }
4626
4627 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4628 {
4629         unsigned int order, t;
4630         for_each_migratetype_order(order, t) {
4631                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4632                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4633         }
4634 }
4635
4636 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4637 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4638         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4639 #endif
4640
4641 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4642 {
4643 #ifdef CONFIG_MMU
4644         int batch;
4645
4646         /*
4647          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4648          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4649          *
4650          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4651          */
4652         batch = zone->managed_pages / 1024;
4653         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4654                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4655         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4656         if (batch < 1)
4657                 batch = 1;
4658
4659         /*
4660          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4661          * of 2 value was found to be more likely to have
4662          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4663          *
4664          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4665          * batches of pages, one task can end up with a lot
4666          * of pages of one half of the possible page colors
4667          * and the other with pages of the other colors.
4668          */
4669         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4670
4671         return batch;
4672
4673 #else
4674         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4675          * conditions.
4676          *
4677          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4678          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4679          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4680          *
4681          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4682          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4683          * can be a significant delay between the individual batches being
4684          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4685          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4686          */
4687         return 0;
4688 #endif
4689 }
4690
4691 /*
4692  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4693  * ->batch must never be higher then ->high.
4694  * The following function updates them in a safe manner without read side
4695  * locking.
4696  *
4697  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4698  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4699  *
4700  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4701  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4702  * exist).
4703  */
4704 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4705                 unsigned long batch)
4706 {
4707        /* start with a fail safe value for batch */
4708         pcp->batch = 1;
4709         smp_wmb();
4710
4711        /* Update high, then batch, in order */
4712         pcp->high = high;
4713         smp_wmb();
4714
4715         pcp->batch = batch;
4716 }
4717
4718 /* a companion to pageset_set_high() */
4719 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4720 {
4721         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4722 }
4723
4724 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4725 {
4726         struct per_cpu_pages *pcp;
4727         int migratetype;
4728
4729         memset(p, 0, sizeof(*p));
4730
4731         pcp = &p->pcp;
4732         pcp->count = 0;
4733         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4734                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4735 }
4736
4737 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4738 {
4739         pageset_init(p);
4740         pageset_set_batch(p, batch);
4741 }
4742
4743 /*
4744  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4745  * to the value high for the pageset p.
4746  */
4747 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4748                                 unsigned long high)
4749 {
4750         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4751         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4752                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4753
4754         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4755 }
4756
4757 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4758                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4759 {
4760         if (percpu_pagelist_fraction)
4761                 pageset_set_high(pcp,
4762                         (zone->managed_pages /
4763                                 percpu_pagelist_fraction));
4764         else
4765                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4766 }
4767
4768 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4769 {
4770         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4771
4772         pageset_init(pcp);
4773         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4774 }
4775
4776 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4777 {
4778         int cpu;
4779         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4780         for_each_possible_cpu(cpu)
4781                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4782 }
4783
4784 /*
4785  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4786  * Before this call only boot pagesets were available.
4787  */
4788 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4789 {
4790         struct zone *zone;
4791
4792         for_each_populated_zone(zone)
4793                 setup_zone_pageset(zone);
4794 }
4795
4796 static noinline __init_refok
4797 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4798 {
4799         int i;
4800         size_t alloc_size;
4801
4802         /*
4803          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4804          * per zone.
4805          */
4806         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4807                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4808         zone->wait_table_bits =
4809                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4810         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4811                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4812
4813         if (!slab_is_available()) {
4814                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4815                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4816                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4817         } else {
4818                 /*
4819                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4820                  * via memory hot-add.
4821                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4822                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4823                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4824                  * node itself as well.
4825                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4826                  * necessary.
4827                  */
4828                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4829         }
4830         if (!zone->wait_table)
4831                 return -ENOMEM;
4832
4833         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4834                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4835
4836         return 0;
4837 }
4838
4839 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4840 {
4841         /*
4842          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4843          * relies on the ability of the linker to provide the
4844          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4845          */
4846         zone->pageset = &boot_pageset;
4847
4848         if (populated_zone(zone))
4849                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4850                         zone->name, zone->present_pages,
4851                                          zone_batchsize(zone));
4852 }
4853
4854 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4855                                         unsigned long zone_start_pfn,
4856                                         unsigned long size,
4857                                         enum memmap_context context)
4858 {
4859         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4860         int ret;
4861         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4862         if (ret)
4863                 return ret;
4864         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4865
4866         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4867
4868         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4869                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4870                         pgdat->node_id,
4871                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4872                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4873
4874         zone_init_free_lists(zone);
4875
4876         return 0;
4877 }
4878
4879 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4880 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4881
4882 /*
4883  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4884  */
4885 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4886                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4887 {
4888         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4889         int nid;
4890
4891         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4892                 return state->last_nid;
4893
4894         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4895         if (nid != -1) {
4896                 state->last_start = start_pfn;
4897                 state->last_end = end_pfn;
4898                 state->last_nid = nid;
4899         }
4900
4901         return nid;
4902 }
4903 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4904
4905 /**
4906  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4907  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4908  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4909  *
4910  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4911  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4912  * memblock_free_early_nid() manually.
4913  */
4914 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4915 {
4916         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4917         int i, this_nid;
4918
4919         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4920                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4921                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4922
4923                 if (start_pfn < end_pfn)
4924                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4925                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4926                                         this_nid);
4927         }
4928 }
4929
4930 /**
4931  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4932  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4933  *
4934  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4935  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4936  */
4937 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4938 {
4939         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4940         int i, this_nid;
4941
4942         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4943                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4944 }
4945
4946 /**
4947  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4948  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4949  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4950  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4951  *
4952  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4953  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4954  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4955  * PFNs will be 0.
4956  */
4957 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4958                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4959 {
4960         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4961         int i;
4962
4963         *start_pfn = -1UL;
4964         *end_pfn = 0;
4965
4966         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4967                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4968                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4969         }
4970
4971         if (*start_pfn == -1UL)
4972                 *start_pfn = 0;
4973 }
4974
4975 /*
4976  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4977  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4978  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4979  */
4980 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4981 {
4982         int zone_index;
4983         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4984                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4985                         continue;
4986
4987                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4988                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4989                         break;
4990         }
4991
4992         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4993         movable_zone = zone_index;
4994 }
4995
4996 /*
4997  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4998  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4999  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5000  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5001  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5002  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5003  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5004  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5005  */
5006 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5007                                         unsigned long zone_type,
5008                                         unsigned long node_start_pfn,
5009                                         unsigned long node_end_pfn,
5010                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5011                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5012 {
5013         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5014         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5015                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5016                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5017                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5018                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5019                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5020
5021                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5022                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5023                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5024                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5025
5026                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5027                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5028                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5029         }
5030 }
5031
5032 /*
5033  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5034  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5035  */
5036 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5037                                         unsigned long zone_type,
5038                                         unsigned long node_start_pfn,
5039                                         unsigned long node_end_pfn,
5040                                         unsigned long *ignored)
5041 {
5042         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5043
5044         /* Get the start and end of the zone */
5045         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5046         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5047         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5048                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5049                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5050
5051         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5052         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5053                 return 0;
5054
5055         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5056         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5057         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5058
5059         /* Return the spanned pages */
5060         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5061 }
5062
5063 /*
5064  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5065  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5066  */
5067 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5068                                 unsigned long range_start_pfn,
5069                                 unsigned long range_end_pfn)
5070 {
5071         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5072         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5073         int i;
5074
5075         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5076                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5077                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5078                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5079         }
5080         return nr_absent;
5081 }
5082
5083 /**
5084  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5085  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5086  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5087  *
5088  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5089  */
5090 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5091                                                         unsigned long end_pfn)
5092 {
5093         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5094 }
5095
5096 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5097 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5098                                         unsigned long zone_type,
5099                                         unsigned long node_start_pfn,
5100                                         unsigned long node_end_pfn,
5101                                         unsigned long *ignored)
5102 {
5103         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5104         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5105         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5106
5107         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5108         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5109
5110         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5111                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5112                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5113         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5114 }
5115
5116 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5117 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5118                                         unsigned long zone_type,
5119                                         unsigned long node_start_pfn,
5120                                         unsigned long node_end_pfn,
5121                                         unsigned long *zones_size)
5122 {
5123         return zones_size[zone_type];
5124 }
5125
5126 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5127                                                 unsigned long zone_type,
5128                                                 unsigned long node_start_pfn,
5129                                                 unsigned long node_end_pfn,
5130                                                 unsigned long *zholes_size)
5131 {
5132         if (!zholes_size)
5133                 return 0;
5134
5135         return zholes_size[zone_type];
5136 }
5137
5138 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5139
5140 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5141                                                 unsigned long node_start_pfn,
5142                                                 unsigned long node_end_pfn,
5143                                                 unsigned long *zones_size,
5144                                                 unsigned long *zholes_size)
5145 {
5146         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5147         enum zone_type i;
5148
5149         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5150                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5151                 unsigned long size, real_size;
5152
5153                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5154                                                   node_start_pfn,
5155                                                   node_end_pfn,
5156                                                   zones_size);
5157                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5158                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5159                                                   zholes_size);
5160                 zone->spanned_pages = size;
5161                 zone->present_pages = real_size;
5162
5163                 totalpages += size;
5164                 realtotalpages += real_size;
5165         }
5166
5167         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5168         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5169         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5170                                                         realtotalpages);
5171 }
5172
5173 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5174 /*
5175  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5176  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5177  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5178  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5179  * bytes.
5180  */
5181 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5182 {
5183         unsigned long usemapsize;
5184
5185         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5186         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5187         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5188         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5189         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5190
5191         return usemapsize / 8;
5192 }
5193
5194 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5195                                 struct zone *zone,
5196                                 unsigned long zone_start_pfn,
5197                                 unsigned long zonesize)
5198 {
5199         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5200         zone->pageblock_flags = NULL;
5201         if (usemapsize)
5202                 zone->pageblock_flags =
5203                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5204                                                          pgdat->node_id);
5205 }
5206 #else
5207 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5208                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5209 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5210
5211 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5212
5213 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5214 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5215 {
5216         unsigned int order;
5217
5218         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5219         if (pageblock_order)
5220                 return;
5221
5222         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5223                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5224         else
5225                 order = MAX_ORDER - 1;
5226
5227         /*
5228          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5229          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5230          * powerpc.
5231          */
5232         pageblock_order = order;
5233 }
5234 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5235
5236 /*
5237  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5238  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5239  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5240  * the kernel config
5241  */
5242 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5243 {
5244 }
5245
5246 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5247
5248 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5249                                                    unsigned long present_pages)
5250 {
5251         unsigned long pages = spanned_pages;
5252
5253         /*
5254          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5255          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5256          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5257          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5258          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5259          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5260          */
5261         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5262             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5263                 pages = present_pages;
5264
5265         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5266 }
5267
5268 /*
5269  * Set up the zone data structures:
5270  *   - mark all pages reserved
5271  *   - mark all memory queues empty
5272  *   - clear the memory bitmaps
5273  *
5274  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5275  */
5276 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5277                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5278 {
5279         enum zone_type j;
5280         int nid = pgdat->node_id;
5281         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5282         int ret;
5283
5284         pgdat_resize_init(pgdat);
5285 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5286         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5287         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5288         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5289 #endif
5290         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5291         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5292         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5293
5294         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5295                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5296                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5297
5298                 size = zone->spanned_pages;
5299                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5300
5301                 /*
5302                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5303                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5304                  * and per-cpu initialisations
5305                  */
5306                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5307                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5308                         if (freesize >= memmap_pages) {
5309                                 freesize -= memmap_pages;
5310                                 if (memmap_pages)
5311                                         printk(KERN_DEBUG
5312                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5313                                                zone_names[j], memmap_pages);
5314                         } else
5315                                 printk(KERN_WARNING
5316                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5317                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5318                 }
5319
5320                 /* Account for reserved pages */
5321                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5322                         freesize -= dma_reserve;
5323                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5324                                         zone_names[0], dma_reserve);
5325                 }
5326
5327                 if (!is_highmem_idx(j))
5328                         nr_kernel_pages += freesize;
5329                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5330                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5331                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5332                 nr_all_pages += freesize;
5333
5334                 /*
5335                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5336                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5337                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5338                  */
5339                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5340 #ifdef CONFIG_NUMA
5341                 zone->node = nid;
5342                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5343                                                 / 100;
5344                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5345 #endif
5346                 zone->name = zone_names[j];
5347                 spin_lock_init(&zone->lock);
5348                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5349                 zone_seqlock_init(zone);
5350                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5351                 zone_pcp_init(zone);
5352
5353                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5354                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5355
5356                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5357                 if (!size)
5358                         continue;
5359
5360                 set_pageblock_order();
5361                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5362                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5363                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5364                 BUG_ON(ret);
5365                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5366                 zone_start_pfn += size;
5367         }
5368 }
5369
5370 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5371 {
5372         /* Skip empty nodes */
5373         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5374                 return;
5375
5376 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5377         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5378         if (!pgdat->node_mem_map) {
5379                 unsigned long size, start, end;
5380                 struct page *map;
5381
5382                 /*
5383                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5384                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5385                  * for the buddy allocator to function correctly.
5386                  */
5387                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5388                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5389                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5390                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5391                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5392                 if (!map)
5393                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5394                                                                pgdat->node_id);
5395                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5396         }
5397 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5398         /*
5399          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5400          */
5401         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5402                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5403 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5404                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5405                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5406 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5407         }
5408 #endif
5409 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5410 }
5411
5412 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5413                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5414 {
5415         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5416         unsigned long start_pfn = 0;
5417         unsigned long end_pfn = 0;
5418
5419         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5420         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5421
5422         reset_deferred_meminit(pgdat);
5423         pgdat->node_id = nid;
5424         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5425 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5426         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5427         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5428                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5429 #endif
5430         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5431                                   zones_size, zholes_size);
5432
5433         alloc_node_mem_map(pgdat);
5434 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5435         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5436                 nid, (unsigned long)pgdat,
5437                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5438 #endif
5439
5440         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5441 }
5442
5443 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5444
5445 #if MAX_NUMNODES > 1
5446 /*
5447  * Figure out the number of possible node ids.
5448  */
5449 void __init setup_nr_node_ids(void)
5450 {
5451         unsigned int node;
5452         unsigned int highest = 0;
5453
5454         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5455                 highest = node;
5456         nr_node_ids = highest + 1;
5457 }
5458 #endif
5459
5460 /**
5461  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5462  *
5463  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5464  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5465  * all the nodes.
5466  *
5467  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5468  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5469  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5470  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5471  *
5472  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5473  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5474  * populated node map.
5475  *
5476  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5477  * requirement (single node).
5478  */
5479 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5480 {
5481         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5482         unsigned long start, end, mask;
5483         int last_nid = -1;
5484         int i, nid;
5485
5486         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5487                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5488                         last_nid = nid;
5489                         last_end = end;
5490                         continue;
5491                 }
5492
5493                 /*
5494                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5495                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5496                  * too coarse to separate the current node from the last.
5497                  */
5498                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5499                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5500                         mask <<= 1;
5501
5502                 /* accumulate all internode masks */
5503                 accl_mask |= mask;
5504         }
5505
5506         /* convert mask to number of pages */
5507         return ~accl_mask + 1;
5508 }
5509
5510 /* Find the lowest pfn for a node */
5511 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5512 {
5513         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5514         unsigned long start_pfn;
5515         int i;
5516
5517         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5518                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5519
5520         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5521                 printk(KERN_WARNING
5522                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5523                 return 0;
5524         }
5525
5526         return min_pfn;
5527 }
5528
5529 /**
5530  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5531  *
5532  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5533  * memblock_set_node().
5534  */
5535 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5536 {
5537         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5538 }
5539
5540 /*
5541  * early_calculate_totalpages()
5542  * Sum pages in active regions for movable zone.
5543  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5544  */
5545 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5546 {
5547         unsigned long totalpages = 0;
5548         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5549         int i, nid;
5550
5551         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5552                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5553
5554                 totalpages += pages;
5555                 if (pages)
5556                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5557         }
5558         return totalpages;
5559 }
5560
5561 /*
5562  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5563  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5564  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5565  * others
5566  */
5567 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5568 {
5569         int i, nid;
5570         unsigned long usable_startpfn;
5571         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5572         /* save the state before borrow the nodemask */
5573         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5574         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5575         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5576         struct memblock_region *r;
5577
5578         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5579         find_usable_zone_for_movable();
5580
5581         /*
5582          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5583          * options.
5584          */
5585         if (movable_node_is_enabled()) {
5586                 for_each_memblock(memory, r) {
5587                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5588                                 continue;
5589
5590                         nid = r->nid;
5591
5592                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5593                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5594                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5595                                 usable_startpfn;
5596                 }
5597
5598                 goto out2;
5599         }
5600
5601         /*
5602          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5603          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5604          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5605          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5606          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5607          * what movablecore would have allowed.
5608          */
5609         if (required_movablecore) {
5610                 unsigned long corepages;
5611
5612                 /*
5613                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5614                  * was requested by the user
5615                  */
5616                 required_movablecore =
5617                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5618                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5619
5620                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5621         }
5622
5623         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5624         if (!required_kernelcore)
5625                 goto out;
5626
5627         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5628         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5629
5630 restart:
5631         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5632         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5633         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5634                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5635
5636                 /*
5637                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5638                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5639                  * amount of memory for the kernel
5640                  */
5641                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5642                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5643
5644                 /*
5645                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5646                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5647                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5648                  */
5649                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5650
5651                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5652                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5653                         unsigned long size_pages;
5654
5655                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5656                         if (start_pfn >= end_pfn)
5657                                 continue;
5658
5659                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5660                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5661                                 unsigned long kernel_pages;
5662                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5663                                                                 - start_pfn;
5664
5665                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5666                                                         kernelcore_remaining);
5667                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5668                                                         required_kernelcore);
5669
5670                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5671                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5672
5673                                         /*
5674                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5675                                          * that if we have to rebalance
5676                                          * kernelcore across nodes, we will
5677                                          * not double account here
5678                                          */
5679                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5680                                         continue;
5681                                 }
5682                                 start_pfn = usable_startpfn;
5683                         }
5684
5685                         /*
5686                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5687                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5688                          * number of pages used as kernelcore
5689                          */
5690                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5691                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5692                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5693                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5694
5695                         /*
5696                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5697                          * break if the kernelcore for this node has been
5698                          * satisfied
5699                          */
5700                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5701                                                                 size_pages);
5702                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5703                         if (!kernelcore_remaining)
5704                                 break;
5705                 }
5706         }
5707
5708         /*
5709          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5710          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5711          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5712          * satisfied
5713          */
5714         usable_nodes--;
5715         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5716                 goto restart;
5717
5718 out2:
5719         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5720         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5721                 zone_movable_pfn[nid] =
5722                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5723
5724 out:
5725         /* restore the node_state */
5726         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5727 }
5728
5729 /* Any regular or high memory on that node ? */
5730 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5731 {
5732         enum zone_type zone_type;
5733
5734         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5735                 return;
5736
5737         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5738                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5739                 if (populated_zone(zone)) {
5740                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5741                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5742                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5743                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5744                         break;
5745                 }
5746         }
5747 }
5748
5749 /**
5750  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5751  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5752  *
5753  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5754  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5755  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5756  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5757  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5758  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5759  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5760  * at arch_max_dma_pfn.
5761  */
5762 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5763 {
5764         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5765         int i, nid;
5766
5767         /* Record where the zone boundaries are */
5768         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5769                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5770         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5771                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5772         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5773         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5774         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5775                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5776                         continue;
5777                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5778                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5779                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5780                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5781         }
5782         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5783         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5784
5785         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5786         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5787         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5788
5789         /* Print out the zone ranges */
5790         pr_info("Zone ranges:\n");
5791         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5792                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5793                         continue;
5794                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5795                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5796                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5797                         pr_cont("empty\n");
5798                 else
5799                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5800                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5801                                         << PAGE_SHIFT,
5802                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5803                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5804         }
5805
5806         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5807         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5808         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5809                 if (zone_movable_pfn[i])
5810                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5811                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5812         }
5813
5814         /* Print out the early node map */
5815         pr_info("Early memory node ranges\n");
5816         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5817                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5818                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5819                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5820
5821         /* Initialise every node */
5822         mminit_verify_pageflags_layout();
5823         setup_nr_node_ids();
5824         for_each_online_node(nid) {
5825                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5826                 free_area_init_node(nid, NULL,
5827                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5828
5829                 /* Any memory on that node */
5830                 if (pgdat->node_present_pages)
5831                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5832                 check_for_memory(pgdat, nid);
5833         }
5834 }
5835
5836 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5837 {
5838         unsigned long long coremem;
5839         if (!p)
5840                 return -EINVAL;
5841
5842         coremem = memparse(p, &p);
5843         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5844
5845         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5846         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5847
5848         return 0;
5849 }
5850
5851 /*
5852  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5853  * cannot be reclaimed or migrated.
5854  */
5855 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5856 {
5857         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5858 }
5859
5860 /*
5861  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5862  * can be reclaimed or migrated.
5863  */
5864 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5865 {
5866         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5867 }
5868
5869 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5870 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5871
5872 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5873
5874 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5875 {
5876         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5877         page_zone(page)->managed_pages += count;
5878         totalram_pages += count;
5879 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5880         if (PageHighMem(page))
5881                 totalhigh_pages += count;
5882 #endif
5883         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5884 }
5885 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5886
5887 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5888 {
5889         void *pos;
5890         unsigned long pages = 0;
5891
5892         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5893         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5894         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5895                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5896                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5897                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5898         }
5899
5900         if (pages && s)
5901                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5902                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5903
5904         return pages;
5905 }
5906 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5907
5908 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5909 void free_highmem_page(struct page *page)
5910 {
5911         __free_reserved_page(page);
5912         totalram_pages++;
5913         page_zone(page)->managed_pages++;
5914         totalhigh_pages++;
5915 }
5916 #endif
5917
5918
5919 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5920 {
5921         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5922         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5923
5924         physpages = get_num_physpages();
5925         codesize = _etext - _stext;
5926         datasize = _edata - _sdata;
5927         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5928         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5929         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5930         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5931
5932         /*
5933          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5934          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5935          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5936          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5937          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5938          */
5939 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5940         do { \
5941                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5942                         size -= adj; \
5943         } while (0)
5944
5945         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5946                      _sinittext, init_code_size);
5947         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5948         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5949         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5950         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5951
5952 #undef  adj_init_size
5953
5954         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5955                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5956                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5957 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5958                ", %luK highmem"
5959 #endif
5960                "%s%s)\n",
5961                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5962                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5963                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5964                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5965                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5966 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5967                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5968 #endif
5969                str ? ", " : "", str ? str : "");
5970 }
5971
5972 /**
5973  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5974  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5975  *
5976  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5977  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5978  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5979  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5980  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5981  * smaller per-cpu batchsize.
5982  */
5983 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5984 {
5985         dma_reserve = new_dma_reserve;
5986 }
5987
5988 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5989 {
5990         free_area_init_node(0, zones_size,
5991                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5992 }
5993
5994 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5995                                  unsigned long action, void *hcpu)
5996 {
5997         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5998
5999         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6000                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6001                 drain_pages(cpu);
6002
6003                 /*
6004                  * Spill the event counters of the dead processor
6005                  * into the current processors event counters.
6006                  * This artificially elevates the count of the current
6007                  * processor.
6008                  */
6009                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6010
6011                 /*
6012                  * Zero the differential counters of the dead processor
6013                  * so that the vm statistics are consistent.
6014                  *
6015                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6016                  * race with what we are doing.
6017                  */
6018                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6019         }
6020         return NOTIFY_OK;
6021 }
6022
6023 void __init page_alloc_init(void)
6024 {
6025         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6026 }
6027
6028 /*
6029  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
6030  *      or min_free_kbytes changes.
6031  */
6032 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6033 {
6034         struct pglist_data *pgdat;
6035         unsigned long reserve_pages = 0;
6036         enum zone_type i, j;
6037
6038         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6039                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6040                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6041                         long max = 0;
6042
6043                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6044                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6045                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6046                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6047                         }
6048
6049                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6050                         max += high_wmark_pages(zone);
6051
6052                         if (max > zone->managed_pages)
6053                                 max = zone->managed_pages;
6054                         reserve_pages += max;
6055                         /*
6056                          * Lowmem reserves are not available to
6057                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6058                          * kswapd tries to balance zones to their high
6059                          * watermark.  As a result, neither should be
6060                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6061                          * situation where reclaim has to clean pages
6062                          * in order to balance the zones.
6063                          */
6064                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6065                 }
6066         }
6067         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6068         totalreserve_pages = reserve_pages;
6069 }
6070
6071 /*
6072  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6073  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6074  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6075  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6076  */
6077 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6078 {
6079         struct pglist_data *pgdat;
6080         enum zone_type j, idx;
6081
6082         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6083                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6084                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6085                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6086
6087                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6088
6089                         idx = j;
6090                         while (idx) {
6091                                 struct zone *lower_zone;
6092
6093                                 idx--;
6094
6095                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6096                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6097
6098                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6099                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6100                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6101                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6102                         }
6103                 }
6104         }
6105
6106         /* update totalreserve_pages */
6107         calculate_totalreserve_pages();
6108 }
6109
6110 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6111 {
6112         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6113         unsigned long lowmem_pages = 0;
6114         struct zone *zone;
6115         unsigned long flags;
6116
6117         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6118         for_each_zone(zone) {
6119                 if (!is_highmem(zone))
6120                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6121         }
6122
6123         for_each_zone(zone) {
6124                 u64 tmp;
6125
6126                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6127                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6128                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6129                 if (is_highmem(zone)) {
6130                         /*
6131                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6132                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6133                          * value here.
6134                          *
6135                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6136                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6137                          * not be capped for highmem.
6138                          */
6139                         unsigned long min_pages;
6140
6141                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6142                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6143                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6144                 } else {
6145                         /*
6146                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6147                          * proportionate to the zone's size.
6148                          */
6149                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6150                 }
6151
6152                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6153                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6154
6155                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6156                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6157                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6158
6159                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6160                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6161         }
6162
6163         /* update totalreserve_pages */
6164         calculate_totalreserve_pages();
6165 }
6166
6167 /**
6168  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6169  * or when memory is hot-{added|removed}
6170  *
6171  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6172  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6173  */
6174 void setup_per_zone_wmarks(void)
6175 {
6176         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6177         __setup_per_zone_wmarks();
6178         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6179 }
6180
6181 /*
6182  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6183  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6184  * to be referenced again before it is swapped out.
6185  *
6186  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6187  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6188  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6189  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6190  *
6191  * total     target    max
6192  * memory    ratio     inactive anon
6193  * -------------------------------------
6194  *   10MB       1         5MB
6195  *  100MB       1        50MB
6196  *    1GB       3       250MB
6197  *   10GB      10       0.9GB
6198  *  100GB      31         3GB
6199  *    1TB     101        10GB
6200  *   10TB     320        32GB
6201  */
6202 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6203 {
6204         unsigned int gb, ratio;
6205
6206         /* Zone size in gigabytes */
6207         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6208         if (gb)
6209                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6210         else
6211                 ratio = 1;
6212
6213         zone->inactive_ratio = ratio;
6214 }
6215
6216 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6217 {
6218         struct zone *zone;
6219
6220         for_each_zone(zone)
6221                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6222 }
6223
6224 /*
6225  * Initialise min_free_kbytes.
6226  *
6227  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6228  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6229  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6230  *
6231  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6232  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6233  *
6234  * which yields
6235  *
6236  * 16MB:        512k
6237  * 32MB:        724k
6238  * 64MB:        1024k
6239  * 128MB:       1448k
6240  * 256MB:       2048k
6241  * 512MB:       2896k
6242  * 1024MB:      4096k
6243  * 2048MB:      5792k
6244  * 4096MB:      8192k
6245  * 8192MB:      11584k
6246  * 16384MB:     16384k
6247  */
6248 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6249 {
6250         unsigned long lowmem_kbytes;
6251         int new_min_free_kbytes;
6252
6253         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6254         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6255
6256         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6257                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6258                 if (min_free_kbytes < 128)
6259                         min_free_kbytes = 128;
6260                 if (min_free_kbytes > 65536)
6261                         min_free_kbytes = 65536;
6262         } else {
6263                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6264                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6265         }
6266         setup_per_zone_wmarks();
6267         refresh_zone_stat_thresholds();
6268         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6269         setup_per_zone_inactive_ratio();
6270         return 0;
6271 }
6272 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6273
6274 /*
6275  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6276  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6277  *      changes.
6278  */
6279 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6280         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6281 {
6282         int rc;
6283
6284         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6285         if (rc)
6286                 return rc;
6287
6288         if (write) {
6289                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6290                 setup_per_zone_wmarks();
6291         }
6292         return 0;
6293 }
6294
6295 #ifdef CONFIG_NUMA
6296 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6297         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6298 {
6299         struct zone *zone;
6300         int rc;
6301
6302         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6303         if (rc)
6304                 return rc;
6305
6306         for_each_zone(zone)
6307                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6308                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6309         return 0;
6310 }
6311
6312 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6313         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6314 {
6315         struct zone *zone;
6316         int rc;
6317
6318         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6319         if (rc)
6320                 return rc;
6321
6322         for_each_zone(zone)
6323                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6324                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6325         return 0;
6326 }
6327 #endif
6328
6329 /*
6330  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6331  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6332  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6333  *
6334  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6335  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6336  * if in function of the boot time zone sizes.
6337  */
6338 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6339         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6340 {
6341         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6342         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6343         return 0;
6344 }
6345
6346 /*
6347  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6348  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6349  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6350  */
6351 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6352         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6353 {
6354         struct zone *zone;
6355         int old_percpu_pagelist_fraction;
6356         int ret;
6357
6358         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6359         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6360
6361         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6362         if (!write || ret < 0)
6363                 goto out;
6364
6365         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6366         if (percpu_pagelist_fraction &&
6367             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6368                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6369                 ret = -EINVAL;
6370                 goto out;
6371         }
6372
6373         /* No change? */
6374         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6375                 goto out;
6376
6377         for_each_populated_zone(zone) {
6378                 unsigned int cpu;
6379
6380                 for_each_possible_cpu(cpu)
6381                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6382                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6383         }
6384 out:
6385         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6386         return ret;
6387 }
6388
6389 #ifdef CONFIG_NUMA
6390 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6391
6392 static int __init set_hashdist(char *str)
6393 {
6394         if (!str)
6395                 return 0;
6396         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6397         return 1;
6398 }
6399 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6400 #endif
6401
6402 /*
6403  * allocate a large system hash table from bootmem
6404  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6405  *   quantity of entries
6406  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6407  */
6408 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6409                                      unsigned long bucketsize,
6410                                      unsigned long numentries,
6411                                      int scale,
6412                                      int flags,
6413                                      unsigned int *_hash_shift,
6414                                      unsigned int *_hash_mask,
6415                                      unsigned long low_limit,
6416                                      unsigned long high_limit)
6417 {
6418         unsigned long long max = high_limit;
6419         unsigned long log2qty, size;
6420         void *table = NULL;
6421
6422         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6423         if (!numentries) {
6424                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6425                 numentries = nr_kernel_pages;
6426
6427                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6428                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6429                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6430
6431                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6432                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6433                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6434                 else
6435                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6436
6437                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6438                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6439                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6440                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6441                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6442                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6443                                 BUG_ON(!numentries);
6444                         }
6445                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6446                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6447         }
6448         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6449
6450         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6451         if (max == 0) {
6452                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6453                 do_div(max, bucketsize);
6454         }
6455         max = min(max, 0x80000000ULL);
6456
6457         if (numentries < low_limit)
6458                 numentries = low_limit;
6459         if (numentries > max)
6460                 numentries = max;
6461
6462         log2qty = ilog2(numentries);
6463
6464         do {
6465                 size = bucketsize << log2qty;
6466                 if (flags & HASH_EARLY)
6467                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6468                 else if (hashdist)
6469                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6470                 else {
6471                         /*
6472                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6473                          * some pages at the end of hash table which
6474                          * alloc_pages_exact() automatically does
6475                          */
6476                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6477                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6478                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6479                         }
6480                 }
6481         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6482
6483         if (!table)
6484                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6485
6486         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6487                tablename,
6488                (1UL << log2qty),
6489                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6490                size);
6491
6492         if (_hash_shift)
6493                 *_hash_shift = log2qty;
6494         if (_hash_mask)
6495                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6496
6497         return table;
6498 }
6499
6500 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6501 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6502                                                         unsigned long pfn)
6503 {
6504 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6505         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6506 #else
6507         return zone->pageblock_flags;
6508 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6509 }
6510
6511 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6512 {
6513 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6514         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6515         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6516 #else
6517         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6518         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6519 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6520 }
6521
6522 /**
6523  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6524  * @page: The page within the block of interest
6525  * @pfn: The target page frame number
6526  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6527  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6528  *
6529  * Return: pageblock_bits flags
6530  */
6531 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6532                                         unsigned long end_bitidx,
6533                                         unsigned long mask)
6534 {
6535         struct zone *zone;
6536         unsigned long *bitmap;
6537         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6538         unsigned long word;
6539
6540         zone = page_zone(page);
6541         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6542         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6543         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6544         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6545
6546         word = bitmap[word_bitidx];
6547         bitidx += end_bitidx;
6548         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6549 }
6550
6551 /**
6552  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6553  * @page: The page within the block of interest
6554  * @flags: The flags to set
6555  * @pfn: The target page frame number
6556  * @end_bitidx: The last bit of interest
6557  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6558  */
6559 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6560                                         unsigned long pfn,
6561                                         unsigned long end_bitidx,
6562                                         unsigned long mask)
6563 {
6564         struct zone *zone;
6565         unsigned long *bitmap;
6566         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6567         unsigned long old_word, word;
6568
6569         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6570
6571         zone = page_zone(page);
6572         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6573         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6574         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6575         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6576
6577         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6578
6579         bitidx += end_bitidx;
6580         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6581         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6582
6583         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6584         for (;;) {
6585                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6586                 if (word == old_word)
6587                         break;
6588                 word = old_word;
6589         }
6590 }
6591
6592 /*
6593  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6594  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6595  *
6596  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6597  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6598  * expect this function should be exact.
6599  */
6600 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6601                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6602 {
6603         unsigned long pfn, iter, found;
6604         int mt;
6605
6606         /*
6607          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6608          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6609          */
6610         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6611                 return false;
6612         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6613         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6614                 return false;
6615
6616         pfn = page_to_pfn(page);
6617         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6618                 unsigned long check = pfn + iter;
6619
6620                 if (!pfn_valid_within(check))
6621                         continue;
6622
6623                 page = pfn_to_page(check);
6624
6625                 /*
6626                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6627                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6628                  * handle each tail page individually in migration.
6629                  */
6630                 if (PageHuge(page)) {
6631                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6632                         continue;
6633                 }
6634
6635                 /*
6636                  * We can't use page_count without pin a page
6637                  * because another CPU can free compound page.
6638                  * This check already skips compound tails of THP
6639                  * because their page->_count is zero at all time.
6640                  */
6641                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6642                         if (PageBuddy(page))
6643                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6644                         continue;
6645                 }
6646
6647                 /*
6648                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6649                  * page_count() is not 0.
6650                  */
6651                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6652                         continue;
6653
6654                 if (!PageLRU(page))
6655                         found++;
6656                 /*
6657                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6658                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6659                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6660                  */
6661                 /*
6662                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6663                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6664                  *
6665                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6666                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6667                  * page at boot.
6668                  */
6669                 if (found > count)
6670                         return true;
6671         }
6672         return false;
6673 }
6674
6675 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6676 {
6677         struct zone *zone;
6678         unsigned long pfn;
6679
6680         /*
6681          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6682          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6683          * the zone but still within the section.
6684          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6685          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6686          */
6687         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6688                 return false;
6689
6690         zone = page_zone(page);
6691         pfn = page_to_pfn(page);
6692         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6693                 return false;
6694
6695         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6696 }
6697
6698 #ifdef CONFIG_CMA
6699
6700 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6701 {
6702         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6703                              pageblock_nr_pages) - 1);
6704 }
6705
6706 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6707 {
6708         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6709                                 pageblock_nr_pages));
6710 }
6711
6712 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6713 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6714                                         unsigned long start, unsigned long end)
6715 {
6716         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6717         unsigned long nr_reclaimed;
6718         unsigned long pfn = start;
6719         unsigned int tries = 0;
6720         int ret = 0;
6721
6722         migrate_prep();
6723
6724         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6725                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6726                         ret = -EINTR;
6727                         break;
6728                 }
6729
6730                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6731                         cc->nr_migratepages = 0;
6732                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6733                         if (!pfn) {
6734                                 ret = -EINTR;
6735                                 break;
6736                         }
6737                         tries = 0;
6738                 } else if (++tries == 5) {
6739                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6740                         break;
6741                 }
6742
6743                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6744                                                         &cc->migratepages);
6745                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6746
6747                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6748                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6749         }
6750         if (ret < 0) {
6751                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6752                 return ret;
6753         }
6754         return 0;
6755 }
6756
6757 /**
6758  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6759  * @start:      start PFN to allocate
6760  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6761  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6762  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6763  *                      in range must have the same migratetype and it must
6764  *                      be either of the two.
6765  *
6766  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6767  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6768  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6769  * pages fall in.
6770  *
6771  * The PFN range must belong to a single zone.
6772  *
6773  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6774  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6775  * need to be freed with free_contig_range().
6776  */
6777 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6778                        unsigned migratetype)
6779 {
6780         unsigned long outer_start, outer_end;
6781         int ret = 0, order;
6782
6783         struct compact_control cc = {
6784                 .nr_migratepages = 0,
6785                 .order = -1,
6786                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6787                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6788                 .ignore_skip_hint = true,
6789         };
6790         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6791
6792         /*
6793          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6794          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6795          * have different sizes, and due to the way page allocator
6796          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6797          * that page allocator won't try to merge buddies from
6798          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6799          * other migration type.
6800          *
6801          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6802          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6803          * we are interested in).  This will put all the pages in
6804          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6805          *
6806          * When this is done, we take the pages in range from page
6807          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6808          * page allocator will never consider using them.
6809          *
6810          * This lets us mark the pageblocks back as
6811          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6812          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6813          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6814          */
6815
6816         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6817                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6818                                        false);
6819         if (ret)
6820                 return ret;
6821
6822         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6823         if (ret)
6824                 goto done;
6825
6826         /*
6827          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6828          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6829          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6830          * What we are going to do is to allocate all pages from
6831          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6832          *
6833          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6834          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6835          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6836          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6837          * once this is done free the pages we are not interested in.
6838          *
6839          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6840          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6841          */
6842
6843         lru_add_drain_all();
6844         drain_all_pages(cc.zone);
6845
6846         order = 0;
6847         outer_start = start;
6848         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6849                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6850                         ret = -EBUSY;
6851                         goto done;
6852                 }
6853                 outer_start &= ~0UL << order;
6854         }
6855
6856         /* Make sure the range is really isolated. */
6857         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6858                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6859                         __func__, outer_start, end);
6860                 ret = -EBUSY;
6861                 goto done;
6862         }
6863
6864         /* Grab isolated pages from freelists. */
6865         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6866         if (!outer_end) {
6867                 ret = -EBUSY;
6868                 goto done;
6869         }
6870
6871         /* Free head and tail (if any) */
6872         if (start != outer_start)
6873                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6874         if (end != outer_end)
6875                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6876
6877 done:
6878         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6879                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6880         return ret;
6881 }
6882
6883 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6884 {
6885         unsigned int count = 0;
6886
6887         for (; nr_pages--; pfn++) {
6888                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6889
6890                 count += page_count(page) != 1;
6891                 __free_page(page);
6892         }
6893         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6894 }
6895 #endif
6896
6897 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6898 /*
6899  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6900  * page high values need to be recalulated.
6901  */
6902 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6903 {
6904         unsigned cpu;
6905         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6906         for_each_possible_cpu(cpu)
6907                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6908                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6909         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6910 }
6911 #endif
6912
6913 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6914 {
6915         unsigned long flags;
6916         int cpu;
6917         struct per_cpu_pageset *pset;
6918
6919         /* avoid races with drain_pages()  */
6920         local_irq_save(flags);
6921         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6922                 for_each_online_cpu(cpu) {
6923                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6924                         drain_zonestat(zone, pset);
6925                 }
6926                 free_percpu(zone->pageset);
6927                 zone->pageset = &boot_pageset;
6928         }
6929         local_irq_restore(flags);
6930 }
6931
6932 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6933 /*
6934  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6935  */
6936 void
6937 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6938 {
6939         struct page *page;
6940         struct zone *zone;
6941         unsigned int order, i;
6942         unsigned long pfn;
6943         unsigned long flags;
6944         /* find the first valid pfn */
6945         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6946                 if (pfn_valid(pfn))
6947                         break;
6948         if (pfn == end_pfn)
6949                 return;
6950         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6951         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6952         pfn = start_pfn;
6953         while (pfn < end_pfn) {
6954                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6955                         pfn++;
6956                         continue;
6957                 }
6958                 page = pfn_to_page(pfn);
6959                 /*
6960                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6961                  * page_count() is not 0.
6962                  */
6963                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6964                         pfn++;
6965                         SetPageReserved(page);
6966                         continue;
6967                 }
6968
6969                 BUG_ON(page_count(page));
6970                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6971                 order = page_order(page);
6972 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6973                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6974                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6975 #endif
6976                 list_del(&page->lru);
6977                 rmv_page_order(page);
6978                 zone->free_area[order].nr_free--;
6979                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6980                         SetPageReserved((page+i));
6981                 pfn += (1 << order);
6982         }
6983         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6984 }
6985 #endif
6986
6987 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6988 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6989 {
6990         struct zone *zone = page_zone(page);
6991         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6992         unsigned long flags;
6993         unsigned int order;
6994
6995         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6996         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6997                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6998
6999                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7000                         break;
7001         }
7002         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7003
7004         return order < MAX_ORDER;
7005 }
7006 #endif