]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
6196eed96732c593dbba2cd869cd0c5c156ca611
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/page_ext.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68
69 #include <asm/sections.h>
70 #include <asm/tlbflush.h>
71 #include <asm/div64.h>
72 #include "internal.h"
73
74 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
75 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
76 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
77
78 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
79 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
80 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
81 #endif
82
83 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
84 /*
85  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
86  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
87  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
88  * defined in <linux/topology.h>.
89  */
90 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
91 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
92 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
93 #endif
94
95 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
96 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
97 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
98 #endif
99
100 /*
101  * Array of node states.
102  */
103 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
104         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
105         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
106 #ifndef CONFIG_NUMA
107         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
108 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
109         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
110 #endif
111 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
112         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
113 #endif
114         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
115 #endif  /* NUMA */
116 };
117 EXPORT_SYMBOL(node_states);
118
119 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
120 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
121
122 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
123 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
124 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
125
126 int percpu_pagelist_fraction;
127 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
128
129 /*
130  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
131  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
132  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
133  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
134  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
135  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
136  */
137 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
138 {
139         return page->index;
140 }
141
142 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
143 {
144         page->index = migratetype;
145 }
146
147 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
148 /*
149  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
150  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
151  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
152  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
153  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
154  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
155  */
156
157 static gfp_t saved_gfp_mask;
158
159 void pm_restore_gfp_mask(void)
160 {
161         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
162         if (saved_gfp_mask) {
163                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
164                 saved_gfp_mask = 0;
165         }
166 }
167
168 void pm_restrict_gfp_mask(void)
169 {
170         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
171         WARN_ON(saved_gfp_mask);
172         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
173         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
174 }
175
176 bool pm_suspended_storage(void)
177 {
178         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
179                 return false;
180         return true;
181 }
182 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
183
184 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
185 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
186 #endif
187
188 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
189
190 /*
191  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
192  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
193  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
194  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
195  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
196  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
197  *
198  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
199  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
200  */
201 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
202 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
203          256,
204 #endif
205 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
206          256,
207 #endif
208 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
209          32,
210 #endif
211          32,
212 };
213
214 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
215
216 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
217 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
218          "DMA",
219 #endif
220 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
221          "DMA32",
222 #endif
223          "Normal",
224 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
225          "HighMem",
226 #endif
227          "Movable",
228 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
229          "Device",
230 #endif
231 };
232
233 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
234         "Unmovable",
235         "Movable",
236         "Reclaimable",
237         "HighAtomic",
238 #ifdef CONFIG_CMA
239         "CMA",
240 #endif
241 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
242         "Isolate",
243 #endif
244 };
245
246 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
247         NULL,
248         free_compound_page,
249 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
250         free_huge_page,
251 #endif
252 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
253         free_transhuge_page,
254 #endif
255 };
256
257 int min_free_kbytes = 1024;
258 int user_min_free_kbytes = -1;
259 int watermark_scale_factor = 10;
260
261 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
262 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
263 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
264
265 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
266 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
267 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
268 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
269 static unsigned long __initdata required_movablecore;
270 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
271 static bool mirrored_kernelcore;
272
273 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
274 int movable_zone;
275 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
276 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
277
278 #if MAX_NUMNODES > 1
279 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
280 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
281 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
282 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
283 #endif
284
285 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
286
287 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
288 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
289 {
290         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
291 }
292
293 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
294 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
295 {
296         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
297
298         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
299                 return true;
300
301         return false;
302 }
303
304 /*
305  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
306  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
307  */
308 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
309                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
310                                 unsigned long *nr_initialised)
311 {
312         unsigned long max_initialise;
313
314         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
315         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
316                 return true;
317         /*
318          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
319          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
320          */
321         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
322                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
323
324         (*nr_initialised)++;
325         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
326             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
327                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
328                 return false;
329         }
330
331         return true;
332 }
333 #else
334 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
335 {
336 }
337
338 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
339 {
340         return false;
341 }
342
343 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
344                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
345                                 unsigned long *nr_initialised)
346 {
347         return true;
348 }
349 #endif
350
351 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
352 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
353                                                         unsigned long pfn)
354 {
355 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
356         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
357 #else
358         return page_zone(page)->pageblock_flags;
359 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
360 }
361
362 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
363 {
364 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
365         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
366         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
367 #else
368         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
369         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
370 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
371 }
372
373 /**
374  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
375  * @page: The page within the block of interest
376  * @pfn: The target page frame number
377  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
378  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
379  *
380  * Return: pageblock_bits flags
381  */
382 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
383                                         unsigned long pfn,
384                                         unsigned long end_bitidx,
385                                         unsigned long mask)
386 {
387         unsigned long *bitmap;
388         unsigned long bitidx, word_bitidx;
389         unsigned long word;
390
391         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
392         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
393         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
394         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
395
396         word = bitmap[word_bitidx];
397         bitidx += end_bitidx;
398         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
399 }
400
401 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
402                                         unsigned long end_bitidx,
403                                         unsigned long mask)
404 {
405         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
406 }
407
408 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
409 {
410         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
411 }
412
413 /**
414  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
415  * @page: The page within the block of interest
416  * @flags: The flags to set
417  * @pfn: The target page frame number
418  * @end_bitidx: The last bit of interest
419  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
420  */
421 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
422                                         unsigned long pfn,
423                                         unsigned long end_bitidx,
424                                         unsigned long mask)
425 {
426         unsigned long *bitmap;
427         unsigned long bitidx, word_bitidx;
428         unsigned long old_word, word;
429
430         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
431
432         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
433         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
434         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
435         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
436
437         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
438
439         bitidx += end_bitidx;
440         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
441         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
442
443         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
444         for (;;) {
445                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
446                 if (word == old_word)
447                         break;
448                 word = old_word;
449         }
450 }
451
452 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
453 {
454         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
455                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
456                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
457
458         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
459                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
460 }
461
462 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
463 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
464 {
465         int ret = 0;
466         unsigned seq;
467         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
468         unsigned long sp, start_pfn;
469
470         do {
471                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
472                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
473                 sp = zone->spanned_pages;
474                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
475                         ret = 1;
476         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
477
478         if (ret)
479                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
480                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
481                         start_pfn, start_pfn + sp);
482
483         return ret;
484 }
485
486 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
487 {
488         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
489                 return 0;
490         if (zone != page_zone(page))
491                 return 0;
492
493         return 1;
494 }
495 /*
496  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
497  */
498 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
499 {
500         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
501                 return 1;
502         if (!page_is_consistent(zone, page))
503                 return 1;
504
505         return 0;
506 }
507 #else
508 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
509 {
510         return 0;
511 }
512 #endif
513
514 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
515                 unsigned long bad_flags)
516 {
517         static unsigned long resume;
518         static unsigned long nr_shown;
519         static unsigned long nr_unshown;
520
521         /*
522          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
523          * or allow a steady drip of one report per second.
524          */
525         if (nr_shown == 60) {
526                 if (time_before(jiffies, resume)) {
527                         nr_unshown++;
528                         goto out;
529                 }
530                 if (nr_unshown) {
531                         pr_alert(
532                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
533                                 nr_unshown);
534                         nr_unshown = 0;
535                 }
536                 nr_shown = 0;
537         }
538         if (nr_shown++ == 0)
539                 resume = jiffies + 60 * HZ;
540
541         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
542                 current->comm, page_to_pfn(page));
543         __dump_page(page, reason);
544         bad_flags &= page->flags;
545         if (bad_flags)
546                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
547                                                 bad_flags, &bad_flags);
548         dump_page_owner(page);
549
550         print_modules();
551         dump_stack();
552 out:
553         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
554         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
555         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
556 }
557
558 /*
559  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
560  *
561  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
562  *
563  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
564  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
565  *
566  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
567  * page destructors. See compound_page_dtors.
568  *
569  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
570  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
571  */
572
573 void free_compound_page(struct page *page)
574 {
575         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
576 }
577
578 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
579 {
580         int i;
581         int nr_pages = 1 << order;
582
583         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
584         set_compound_order(page, order);
585         __SetPageHead(page);
586         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
587                 struct page *p = page + i;
588                 set_page_count(p, 0);
589                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
590                 set_compound_head(p, page);
591         }
592         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
593 }
594
595 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
596 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
597 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
598                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
599 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
600 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
601
602 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
603 {
604         if (!buf)
605                 return -EINVAL;
606         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
607 }
608 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
609
610 static bool need_debug_guardpage(void)
611 {
612         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
613         if (!debug_pagealloc_enabled())
614                 return false;
615
616         if (!debug_guardpage_minorder())
617                 return false;
618
619         return true;
620 }
621
622 static void init_debug_guardpage(void)
623 {
624         if (!debug_pagealloc_enabled())
625                 return;
626
627         if (!debug_guardpage_minorder())
628                 return;
629
630         _debug_guardpage_enabled = true;
631 }
632
633 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
634         .need = need_debug_guardpage,
635         .init = init_debug_guardpage,
636 };
637
638 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
639 {
640         unsigned long res;
641
642         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
643                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
644                 return 0;
645         }
646         _debug_guardpage_minorder = res;
647         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
648         return 0;
649 }
650 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
651
652 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
653                                 unsigned int order, int migratetype)
654 {
655         struct page_ext *page_ext;
656
657         if (!debug_guardpage_enabled())
658                 return false;
659
660         if (order >= debug_guardpage_minorder())
661                 return false;
662
663         page_ext = lookup_page_ext(page);
664         if (unlikely(!page_ext))
665                 return false;
666
667         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
668
669         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
670         set_page_private(page, order);
671         /* Guard pages are not available for any usage */
672         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
673
674         return true;
675 }
676
677 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
678                                 unsigned int order, int migratetype)
679 {
680         struct page_ext *page_ext;
681
682         if (!debug_guardpage_enabled())
683                 return;
684
685         page_ext = lookup_page_ext(page);
686         if (unlikely(!page_ext))
687                 return;
688
689         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
690
691         set_page_private(page, 0);
692         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
693                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
694 }
695 #else
696 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
697 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
698                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
699 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
700                                 unsigned int order, int migratetype) {}
701 #endif
702
703 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         set_page_private(page, order);
706         __SetPageBuddy(page);
707 }
708
709 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
710 {
711         __ClearPageBuddy(page);
712         set_page_private(page, 0);
713 }
714
715 /*
716  * This function checks whether a page is free && is the buddy
717  * we can do coalesce a page and its buddy if
718  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
719  * (b) the buddy is in the buddy system &&
720  * (c) a page and its buddy have the same order &&
721  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
722  *
723  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
724  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
725  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
726  * serialized by zone->lock.
727  *
728  * For recording page's order, we use page_private(page).
729  */
730 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
731                                                         unsigned int order)
732 {
733         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
734                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
735                         return 0;
736
737                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
738
739                 return 1;
740         }
741
742         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
743                 /*
744                  * zone check is done late to avoid uselessly
745                  * calculating zone/node ids for pages that could
746                  * never merge.
747                  */
748                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
749                         return 0;
750
751                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
752
753                 return 1;
754         }
755         return 0;
756 }
757
758 /*
759  * Freeing function for a buddy system allocator.
760  *
761  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
762  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
763  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
764  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
765  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
766  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
767  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
768  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
769  * parts of the VM system.
770  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
771  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
772  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
773  * field.
774  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
775  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
776  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
777  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
778  * triggers coalescing into a block of larger size.
779  *
780  * -- nyc
781  */
782
783 static inline void __free_one_page(struct page *page,
784                 unsigned long pfn,
785                 struct zone *zone, unsigned int order,
786                 int migratetype)
787 {
788         unsigned long combined_pfn;
789         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
790         struct page *buddy;
791         unsigned int max_order;
792
793         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
794
795         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
796         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
797
798         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
799         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
800                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
801
802         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
803         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
804
805 continue_merging:
806         while (order < max_order - 1) {
807                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
808                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
809
810                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
811                         goto done_merging;
812                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
813                         goto done_merging;
814                 /*
815                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
816                  * merge with it and move up one order.
817                  */
818                 if (page_is_guard(buddy)) {
819                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
820                 } else {
821                         list_del(&buddy->lru);
822                         zone->free_area[order].nr_free--;
823                         rmv_page_order(buddy);
824                 }
825                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
826                 page = page + (combined_pfn - pfn);
827                 pfn = combined_pfn;
828                 order++;
829         }
830         if (max_order < MAX_ORDER) {
831                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
832                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
833                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
834                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
835                  *
836                  * We don't want to hit this code for the more frequent
837                  * low-order merging.
838                  */
839                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
840                         int buddy_mt;
841
842                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
843                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
844                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
845
846                         if (migratetype != buddy_mt
847                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
848                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
849                                 goto done_merging;
850                 }
851                 max_order++;
852                 goto continue_merging;
853         }
854
855 done_merging:
856         set_page_order(page, order);
857
858         /*
859          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
860          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
861          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
862          * that is happening, add the free page to the tail of the list
863          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
864          * as a higher order page
865          */
866         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
867                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
868                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
869                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
870                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
871                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
872                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
873                         list_add_tail(&page->lru,
874                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
875                         goto out;
876                 }
877         }
878
879         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
880 out:
881         zone->free_area[order].nr_free++;
882 }
883
884 /*
885  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
886  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
887  * check if necessary.
888  */
889 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
890                                         unsigned long check_flags)
891 {
892         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
893                 return false;
894
895         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
896                         page_ref_count(page) |
897 #ifdef CONFIG_MEMCG
898                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
899 #endif
900                         (page->flags & check_flags)))
901                 return false;
902
903         return true;
904 }
905
906 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
907 {
908         const char *bad_reason;
909         unsigned long bad_flags;
910
911         bad_reason = NULL;
912         bad_flags = 0;
913
914         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
915                 bad_reason = "nonzero mapcount";
916         if (unlikely(page->mapping != NULL))
917                 bad_reason = "non-NULL mapping";
918         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
919                 bad_reason = "nonzero _refcount";
920         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
921                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
922                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
923         }
924 #ifdef CONFIG_MEMCG
925         if (unlikely(page->mem_cgroup))
926                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
927 #endif
928         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
929 }
930
931 static inline int free_pages_check(struct page *page)
932 {
933         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
934                 return 0;
935
936         /* Something has gone sideways, find it */
937         free_pages_check_bad(page);
938         return 1;
939 }
940
941 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
942 {
943         int ret = 1;
944
945         /*
946          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
947          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
948          */
949         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
950
951         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
952                 ret = 0;
953                 goto out;
954         }
955         switch (page - head_page) {
956         case 1:
957                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
958                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
959                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
960                         goto out;
961                 }
962                 break;
963         case 2:
964                 /*
965                  * the second tail page: ->mapping is
966                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
967                  */
968                 break;
969         default:
970                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
971                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
972                         goto out;
973                 }
974                 break;
975         }
976         if (unlikely(!PageTail(page))) {
977                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
978                 goto out;
979         }
980         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
981                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
982                 goto out;
983         }
984         ret = 0;
985 out:
986         page->mapping = NULL;
987         clear_compound_head(page);
988         return ret;
989 }
990
991 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
992                                         unsigned int order, bool check_free)
993 {
994         int bad = 0;
995
996         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
997
998         trace_mm_page_free(page, order);
999         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1000
1001         /*
1002          * Check tail pages before head page information is cleared to
1003          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1004          */
1005         if (unlikely(order)) {
1006                 bool compound = PageCompound(page);
1007                 int i;
1008
1009                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1010
1011                 if (compound)
1012                         ClearPageDoubleMap(page);
1013                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1014                         if (compound)
1015                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1016                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1017                                 bad++;
1018                                 continue;
1019                         }
1020                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1021                 }
1022         }
1023         if (PageMappingFlags(page))
1024                 page->mapping = NULL;
1025         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1026                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1027         if (check_free)
1028                 bad += free_pages_check(page);
1029         if (bad)
1030                 return false;
1031
1032         page_cpupid_reset_last(page);
1033         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1034         reset_page_owner(page, order);
1035
1036         if (!PageHighMem(page)) {
1037                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1038                                            PAGE_SIZE << order);
1039                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1040                                            PAGE_SIZE << order);
1041         }
1042         arch_free_page(page, order);
1043         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1044         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1045         kasan_free_pages(page, order);
1046
1047         return true;
1048 }
1049
1050 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1051 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1052 {
1053         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1054 }
1055
1056 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1057 {
1058         return false;
1059 }
1060 #else
1061 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1062 {
1063         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1064 }
1065
1066 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1067 {
1068         return free_pages_check(page);
1069 }
1070 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1071
1072 /*
1073  * Frees a number of pages from the PCP lists
1074  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1075  * count is the number of pages to free.
1076  *
1077  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1078  * see if this freeing clears that state.
1079  *
1080  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1081  * pinned" detection logic.
1082  */
1083 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1084                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1085 {
1086         int migratetype = 0;
1087         int batch_free = 0;
1088         unsigned long nr_scanned, flags;
1089         bool isolated_pageblocks;
1090
1091         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1092         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1093         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1094         if (nr_scanned)
1095                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1096
1097         while (count) {
1098                 struct page *page;
1099                 struct list_head *list;
1100
1101                 /*
1102                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1103                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1104                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1105                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1106                  * lists
1107                  */
1108                 do {
1109                         batch_free++;
1110                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1111                                 migratetype = 0;
1112                         list = &pcp->lists[migratetype];
1113                 } while (list_empty(list));
1114
1115                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1116                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1117                         batch_free = count;
1118
1119                 do {
1120                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1121
1122                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1123                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1124                         list_del(&page->lru);
1125
1126                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1127                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1128                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1129                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1130                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1131                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1132
1133                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1134                                 continue;
1135
1136                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1137                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1138                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1139         }
1140         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1141 }
1142
1143 static void free_one_page(struct zone *zone,
1144                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1145                                 unsigned int order,
1146                                 int migratetype)
1147 {
1148         unsigned long nr_scanned, flags;
1149         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1150         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1151         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1152         if (nr_scanned)
1153                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1154
1155         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1156                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1157                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1158         }
1159         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1160         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1161 }
1162
1163 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1164                                 unsigned long zone, int nid)
1165 {
1166         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1167         init_page_count(page);
1168         page_mapcount_reset(page);
1169         page_cpupid_reset_last(page);
1170
1171         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1172 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1173         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1174         if (!is_highmem_idx(zone))
1175                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1176 #endif
1177 }
1178
1179 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1180                                         int nid)
1181 {
1182         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1183 }
1184
1185 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1186 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1187 {
1188         pg_data_t *pgdat;
1189         int nid, zid;
1190
1191         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1192                 return;
1193
1194         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1195         pgdat = NODE_DATA(nid);
1196
1197         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1198                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1199
1200                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1201                         break;
1202         }
1203         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1204 }
1205 #else
1206 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1207 {
1208 }
1209 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1210
1211 /*
1212  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1213  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1214  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1215  * sent to the buddy page allocator.
1216  */
1217 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1218 {
1219         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1220         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1221
1222         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1223                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1224                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1225
1226                         init_reserved_page(start_pfn);
1227
1228                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1229                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1230
1231                         SetPageReserved(page);
1232                 }
1233         }
1234 }
1235
1236 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1237 {
1238         int migratetype;
1239         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1240
1241         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1242                 return;
1243
1244         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1245         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750         bool poisoned = true;
1751
1752         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1753                 struct page *p = page + i;
1754                 if (poisoned)
1755                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1756         }
1757
1758         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1759
1760         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1761                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1762                         clear_highpage(page + i);
1763
1764         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1765                 prep_compound_page(page, order);
1766
1767         /*
1768          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1769          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1770          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1771          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1772          */
1773         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1774                 set_page_pfmemalloc(page);
1775         else
1776                 clear_page_pfmemalloc(page);
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1781  * the smallest available page from the freelists
1782  */
1783 static inline
1784 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1785                                                 int migratetype)
1786 {
1787         unsigned int current_order;
1788         struct free_area *area;
1789         struct page *page;
1790
1791         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1792         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1793                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1794                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1795                                                         struct page, lru);
1796                 if (!page)
1797                         continue;
1798                 list_del(&page->lru);
1799                 rmv_page_order(page);
1800                 area->nr_free--;
1801                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1802                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1803                 return page;
1804         }
1805
1806         return NULL;
1807 }
1808
1809
1810 /*
1811  * This array describes the order lists are fallen back to when
1812  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1813  */
1814 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1815         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1816         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1817         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1818 #ifdef CONFIG_CMA
1819         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1820 #endif
1821 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1822         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1823 #endif
1824 };
1825
1826 #ifdef CONFIG_CMA
1827 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1828                                         unsigned int order)
1829 {
1830         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1831 }
1832 #else
1833 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1834                                         unsigned int order) { return NULL; }
1835 #endif
1836
1837 /*
1838  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1839  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1840  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1841  */
1842 int move_freepages(struct zone *zone,
1843                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1844                           int migratetype)
1845 {
1846         struct page *page;
1847         unsigned int order;
1848         int pages_moved = 0;
1849
1850 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1851         /*
1852          * page_zone is not safe to call in this context when
1853          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1854          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1855          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1856          * grouping pages by mobility
1857          */
1858         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1859 #endif
1860
1861         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1862                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1863                         page++;
1864                         continue;
1865                 }
1866
1867                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1868                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1869
1870                 if (!PageBuddy(page)) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 order = page_order(page);
1876                 list_move(&page->lru,
1877                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1878                 page += 1 << order;
1879                 pages_moved += 1 << order;
1880         }
1881
1882         return pages_moved;
1883 }
1884
1885 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1886                                 int migratetype)
1887 {
1888         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1889         struct page *start_page, *end_page;
1890
1891         start_pfn = page_to_pfn(page);
1892         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1893         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1894         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1895         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1896
1897         /* Do not cross zone boundaries */
1898         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1899                 start_page = page;
1900         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1901                 return 0;
1902
1903         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1904 }
1905
1906 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1907                                         int start_order, int migratetype)
1908 {
1909         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1910
1911         while (nr_pageblocks--) {
1912                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1913                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1914         }
1915 }
1916
1917 /*
1918  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1919  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1920  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1921  *
1922  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1923  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1924  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1925  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1926  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1927  * pageblocks.
1928  */
1929 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1930 {
1931         /*
1932          * Leaving this order check is intended, although there is
1933          * relaxed order check in next check. The reason is that
1934          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1935          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1936          * so could be changed anytime.
1937          */
1938         if (order >= pageblock_order)
1939                 return true;
1940
1941         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1942                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1943                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1944                 page_group_by_mobility_disabled)
1945                 return true;
1946
1947         return false;
1948 }
1949
1950 /*
1951  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1952  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1953  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1954  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1955  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1956  */
1957 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1958                                                           int start_type)
1959 {
1960         unsigned int current_order = page_order(page);
1961         int pages;
1962
1963         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1964         if (current_order >= pageblock_order) {
1965                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1966                 return;
1967         }
1968
1969         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1970
1971         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1972         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1973                         page_group_by_mobility_disabled)
1974                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1979  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1980  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1981  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1982  */
1983 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1984                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1985 {
1986         int i;
1987         int fallback_mt;
1988
1989         if (area->nr_free == 0)
1990                 return -1;
1991
1992         *can_steal = false;
1993         for (i = 0;; i++) {
1994                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1995                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1996                         break;
1997
1998                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1999                         continue;
2000
2001                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2002                         *can_steal = true;
2003
2004                 if (!only_stealable)
2005                         return fallback_mt;
2006
2007                 if (*can_steal)
2008                         return fallback_mt;
2009         }
2010
2011         return -1;
2012 }
2013
2014 /*
2015  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2016  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2017  */
2018 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2019                                 unsigned int alloc_order)
2020 {
2021         int mt;
2022         unsigned long max_managed, flags;
2023
2024         /*
2025          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2026          * Check is race-prone but harmless.
2027          */
2028         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2029         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2030                 return;
2031
2032         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2033
2034         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2035         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2036                 goto out_unlock;
2037
2038         /* Yoink! */
2039         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2040         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2041                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2042                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2043                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2044                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2045         }
2046
2047 out_unlock:
2048         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2053  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2054  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2055  * to recover from than an OOM.
2056  *
2057  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2058  * pageblock is exhausted.
2059  */
2060 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2061                                                 bool force)
2062 {
2063         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2064         unsigned long flags;
2065         struct zoneref *z;
2066         struct zone *zone;
2067         struct page *page;
2068         int order;
2069         bool ret;
2070
2071         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2072                                                                 ac->nodemask) {
2073                 /*
2074                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2075                  * is really high.
2076                  */
2077                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2078                                         pageblock_nr_pages)
2079                         continue;
2080
2081                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2082                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2083                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2084
2085                         page = list_first_entry_or_null(
2086                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2087                                         struct page, lru);
2088                         if (!page)
2089                                 continue;
2090
2091                         /*
2092                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2093                          * we can counter several free pages in a pageblock
2094                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2095                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2096                          * adjust the count once.
2097                          */
2098                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
2099                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
2100                                 /*
2101                                  * It should never happen but changes to
2102                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2103                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2104                                  * while unreserving so be safe and watch for
2105                                  * underflows.
2106                                  */
2107                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2108                                                 pageblock_nr_pages,
2109                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2110                         }
2111
2112                         /*
2113                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2114                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2115                          * is doing the work and needs the pages. More
2116                          * importantly, if the block was always converted to
2117                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2118                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2119                          * may increase.
2120                          */
2121                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2122                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2123                         if (ret) {
2124                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2125                                 return ret;
2126                         }
2127                 }
2128                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2129         }
2130
2131         return false;
2132 }
2133
2134 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2135 static inline struct page *
2136 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2137 {
2138         struct free_area *area;
2139         unsigned int current_order;
2140         struct page *page;
2141         int fallback_mt;
2142         bool can_steal;
2143
2144         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2145         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2146                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2147                                 --current_order) {
2148                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2149                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2150                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2151                 if (fallback_mt == -1)
2152                         continue;
2153
2154                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2155                                                 struct page, lru);
2156                 if (can_steal &&
2157                         get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2158                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2159
2160                 /* Remove the page from the freelists */
2161                 area->nr_free--;
2162                 list_del(&page->lru);
2163                 rmv_page_order(page);
2164
2165                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2166                                         start_migratetype);
2167                 /*
2168                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2169                  * migratetype depending on the decisions in
2170                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2171                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2172                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2173                  */
2174                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2175
2176                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2177                         start_migratetype, fallback_mt);
2178
2179                 return page;
2180         }
2181
2182         return NULL;
2183 }
2184
2185 /*
2186  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2187  * Call me with the zone->lock already held.
2188  */
2189 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2190                                 int migratetype)
2191 {
2192         struct page *page;
2193
2194         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2195         if (unlikely(!page)) {
2196                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2197                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2198
2199                 if (!page)
2200                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2201         }
2202
2203         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2204         return page;
2205 }
2206
2207 /*
2208  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2209  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2210  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2211  */
2212 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2213                         unsigned long count, struct list_head *list,
2214                         int migratetype, bool cold)
2215 {
2216         int i, alloced = 0;
2217         unsigned long flags;
2218
2219         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2220         for (i = 0; i < count; ++i) {
2221                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2222                 if (unlikely(page == NULL))
2223                         break;
2224
2225                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2226                         continue;
2227
2228                 /*
2229                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2230                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2231                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2232                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2233                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2234                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2235                  * properly.
2236                  */
2237                 if (likely(!cold))
2238                         list_add(&page->lru, list);
2239                 else
2240                         list_add_tail(&page->lru, list);
2241                 list = &page->lru;
2242                 alloced++;
2243                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2244                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2245                                               -(1 << order));
2246         }
2247
2248         /*
2249          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2250          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2251          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2252          * pages added to the pcp list.
2253          */
2254         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2255         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2256         return alloced;
2257 }
2258
2259 #ifdef CONFIG_NUMA
2260 /*
2261  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2262  * currently executing processor on remote nodes after they have
2263  * expired.
2264  *
2265  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2266  * a single processor.
2267  */
2268 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2269 {
2270         unsigned long flags;
2271         int to_drain, batch;
2272
2273         local_irq_save(flags);
2274         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2275         to_drain = min(pcp->count, batch);
2276         if (to_drain > 0) {
2277                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2278                 pcp->count -= to_drain;
2279         }
2280         local_irq_restore(flags);
2281 }
2282 #endif
2283
2284 /*
2285  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2286  *
2287  * The processor must either be the current processor and the
2288  * thread pinned to the current processor or a processor that
2289  * is not online.
2290  */
2291 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2292 {
2293         unsigned long flags;
2294         struct per_cpu_pageset *pset;
2295         struct per_cpu_pages *pcp;
2296
2297         local_irq_save(flags);
2298         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2299
2300         pcp = &pset->pcp;
2301         if (pcp->count) {
2302                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2303                 pcp->count = 0;
2304         }
2305         local_irq_restore(flags);
2306 }
2307
2308 /*
2309  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2310  *
2311  * The processor must either be the current processor and the
2312  * thread pinned to the current processor or a processor that
2313  * is not online.
2314  */
2315 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2316 {
2317         struct zone *zone;
2318
2319         for_each_populated_zone(zone) {
2320                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2321         }
2322 }
2323
2324 /*
2325  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2326  *
2327  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2328  * the single zone's pages.
2329  */
2330 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2331 {
2332         int cpu = smp_processor_id();
2333
2334         if (zone)
2335                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2336         else
2337                 drain_pages(cpu);
2338 }
2339
2340 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2341 {
2342         /*
2343          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2344          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2345          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2346          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2347          * a different one.
2348          */
2349         preempt_disable();
2350         drain_local_pages(NULL);
2351         preempt_enable();
2352 }
2353
2354 /*
2355  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2356  *
2357  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2358  *
2359  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2360  */
2361 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2362 {
2363         struct work_struct __percpu *works;
2364         int cpu;
2365
2366         /*
2367          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2368          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2369          */
2370         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2371
2372         /* Workqueues cannot recurse */
2373         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2374                 return;
2375
2376         works = alloc_percpu_gfp(struct work_struct, GFP_ATOMIC);
2377
2378         /*
2379          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2380          * as offline notification will cause the notified
2381          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2382          * disables preemption as part of its processing
2383          */
2384         for_each_online_cpu(cpu) {
2385                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2386                 struct zone *z;
2387                 bool has_pcps = false;
2388
2389                 if (zone) {
2390                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2391                         if (pcp->pcp.count)
2392                                 has_pcps = true;
2393                 } else {
2394                         for_each_populated_zone(z) {
2395                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2396                                 if (pcp->pcp.count) {
2397                                         has_pcps = true;
2398                                         break;
2399                                 }
2400                         }
2401                 }
2402
2403                 if (has_pcps)
2404                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2405                 else
2406                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2407         }
2408
2409         if (works) {
2410                 for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2411                         struct work_struct *work = per_cpu_ptr(works, cpu);
2412                         INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2413                         schedule_work_on(cpu, work);
2414                 }
2415                 for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2416                         flush_work(per_cpu_ptr(works, cpu));
2417         } else {
2418                 for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2419                         struct work_struct work;
2420
2421                         INIT_WORK(&work, drain_local_pages_wq);
2422                         schedule_work_on(cpu, &work);
2423                         flush_work(&work);
2424                 }
2425         }
2426 }
2427
2428 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2429
2430 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2431 {
2432         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2433         unsigned long flags;
2434         unsigned int order, t;
2435         struct page *page;
2436
2437         if (zone_is_empty(zone))
2438                 return;
2439
2440         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2441
2442         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2443         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2444                 if (pfn_valid(pfn)) {
2445                         page = pfn_to_page(pfn);
2446
2447                         if (page_zone(page) != zone)
2448                                 continue;
2449
2450                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2451                                 swsusp_unset_page_free(page);
2452                 }
2453
2454         for_each_migratetype_order(order, t) {
2455                 list_for_each_entry(page,
2456                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2457                         unsigned long i;
2458
2459                         pfn = page_to_pfn(page);
2460                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2461                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2462                 }
2463         }
2464         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2465 }
2466 #endif /* CONFIG_PM */
2467
2468 /*
2469  * Free a 0-order page
2470  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2471  */
2472 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2473 {
2474         struct zone *zone = page_zone(page);
2475         struct per_cpu_pages *pcp;
2476         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2477         int migratetype;
2478
2479         if (in_interrupt()) {
2480                 __free_pages_ok(page, 0);
2481                 return;
2482         }
2483
2484         if (!free_pcp_prepare(page))
2485                 return;
2486
2487         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2488         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2489         preempt_disable();
2490
2491         /*
2492          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2493          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2494          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2495          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2496          * excessively into the page allocator
2497          */
2498         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2499                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2500                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2501                         goto out;
2502                 }
2503                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2504         }
2505
2506         __count_vm_event(PGFREE);
2507         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2508         if (!cold)
2509                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2510         else
2511                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2512         pcp->count++;
2513         if (pcp->count >= pcp->high) {
2514                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2515                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2516                 pcp->count -= batch;
2517         }
2518
2519 out:
2520         preempt_enable();
2521 }
2522
2523 /*
2524  * Free a list of 0-order pages
2525  */
2526 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2527 {
2528         struct page *page, *next;
2529
2530         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2531                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2532                 free_hot_cold_page(page, cold);
2533         }
2534 }
2535
2536 /*
2537  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2538  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2539  * Each sub-page must be freed individually.
2540  *
2541  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2542  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2543  */
2544 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2545 {
2546         int i;
2547
2548         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2549         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2550
2551 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2552         /*
2553          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2554          * otherwise free the whole shadow.
2555          */
2556         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2557                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2558 #endif
2559
2560         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2561                 set_page_refcounted(page + i);
2562         split_page_owner(page, order);
2563 }
2564 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2565
2566 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2567 {
2568         unsigned long watermark;
2569         struct zone *zone;
2570         int mt;
2571
2572         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2573
2574         zone = page_zone(page);
2575         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2576
2577         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2578                 /*
2579                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2580                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2581                  * watermark, because we already know our high-order page
2582                  * exists.
2583                  */
2584                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2585                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2586                         return 0;
2587
2588                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2589         }
2590
2591         /* Remove page from free list */
2592         list_del(&page->lru);
2593         zone->free_area[order].nr_free--;
2594         rmv_page_order(page);
2595
2596         /*
2597          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2598          * pageblock
2599          */
2600         if (order >= pageblock_order - 1) {
2601                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2602                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2603                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2604                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2605                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2606                                 set_pageblock_migratetype(page,
2607                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2608                 }
2609         }
2610
2611
2612         return 1UL << order;
2613 }
2614
2615 /*
2616  * Update NUMA hit/miss statistics
2617  *
2618  * Must be called with interrupts disabled.
2619  */
2620 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2621 {
2622 #ifdef CONFIG_NUMA
2623         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2624
2625         if (z->node != numa_node_id())
2626                 local_stat = NUMA_OTHER;
2627
2628         if (z->node == preferred_zone->node)
2629                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2630         else {
2631                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2632                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2633         }
2634         __inc_zone_state(z, local_stat);
2635 #endif
2636 }
2637
2638 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2639 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2640                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2641                         struct list_head *list)
2642 {
2643         struct page *page;
2644
2645         VM_BUG_ON(in_interrupt());
2646
2647         do {
2648                 if (list_empty(list)) {
2649                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2650                                         pcp->batch, list,
2651                                         migratetype, cold);
2652                         if (unlikely(list_empty(list)))
2653                                 return NULL;
2654                 }
2655
2656                 if (cold)
2657                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2658                 else
2659                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2660
2661                 list_del(&page->lru);
2662                 pcp->count--;
2663         } while (check_new_pcp(page));
2664
2665         return page;
2666 }
2667
2668 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2669 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2670                         struct zone *zone, unsigned int order,
2671                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2672 {
2673         struct per_cpu_pages *pcp;
2674         struct list_head *list;
2675         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2676         struct page *page;
2677
2678         preempt_disable();
2679         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2680         list = &pcp->lists[migratetype];
2681         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2682         if (page) {
2683                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2684                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2685         }
2686         preempt_enable();
2687         return page;
2688 }
2689
2690 /*
2691  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2692  */
2693 static inline
2694 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2695                         struct zone *zone, unsigned int order,
2696                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2697                         int migratetype)
2698 {
2699         unsigned long flags;
2700         struct page *page;
2701
2702         if (likely(order == 0) && !in_interrupt()) {
2703                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2704                                 gfp_flags, migratetype);
2705                 goto out;
2706         }
2707
2708         /*
2709          * We most definitely don't want callers attempting to
2710          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2711          */
2712         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2713         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2714
2715         do {
2716                 page = NULL;
2717                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2718                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2719                         if (page)
2720                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2721                 }
2722                 if (!page)
2723                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2724         } while (page && check_new_pages(page, order));
2725         spin_unlock(&zone->lock);
2726         if (!page)
2727                 goto failed;
2728         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2729                                   get_pcppage_migratetype(page));
2730
2731         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2732         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2733         local_irq_restore(flags);
2734
2735 out:
2736         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2737         return page;
2738
2739 failed:
2740         local_irq_restore(flags);
2741         return NULL;
2742 }
2743
2744 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2745
2746 static struct {
2747         struct fault_attr attr;
2748
2749         bool ignore_gfp_highmem;
2750         bool ignore_gfp_reclaim;
2751         u32 min_order;
2752 } fail_page_alloc = {
2753         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2754         .ignore_gfp_reclaim = true,
2755         .ignore_gfp_highmem = true,
2756         .min_order = 1,
2757 };
2758
2759 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2760 {
2761         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2762 }
2763 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2764
2765 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2766 {
2767         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2768                 return false;
2769         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2770                 return false;
2771         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2772                 return false;
2773         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2774                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2775                 return false;
2776
2777         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2778 }
2779
2780 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2781
2782 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2783 {
2784         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2785         struct dentry *dir;
2786
2787         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2788                                         &fail_page_alloc.attr);
2789         if (IS_ERR(dir))
2790                 return PTR_ERR(dir);
2791
2792         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2793                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2794                 goto fail;
2795         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2796                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2797                 goto fail;
2798         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2799                                 &fail_page_alloc.min_order))
2800                 goto fail;
2801
2802         return 0;
2803 fail:
2804         debugfs_remove_recursive(dir);
2805
2806         return -ENOMEM;
2807 }
2808
2809 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2810
2811 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2812
2813 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2814
2815 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2816 {
2817         return false;
2818 }
2819
2820 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2821
2822 /*
2823  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2824  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2825  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2826  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2827  */
2828 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2829                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2830                          long free_pages)
2831 {
2832         long min = mark;
2833         int o;
2834         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2835
2836         /* free_pages may go negative - that's OK */
2837         free_pages -= (1 << order) - 1;
2838
2839         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2840                 min -= min / 2;
2841
2842         /*
2843          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2844          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2845          * atomic reserve but it avoids a search.
2846          */
2847         if (likely(!alloc_harder))
2848                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2849         else
2850                 min -= min / 4;
2851
2852 #ifdef CONFIG_CMA
2853         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2854         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2855                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2856 #endif
2857
2858         /*
2859          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2860          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2861          * even if a suitable page happened to be free.
2862          */
2863         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2864                 return false;
2865
2866         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2867         if (!order)
2868                 return true;
2869
2870         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2871         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2872                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2873                 int mt;
2874
2875                 if (!area->nr_free)
2876                         continue;
2877
2878                 if (alloc_harder)
2879                         return true;
2880
2881                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2882                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2883                                 return true;
2884                 }
2885
2886 #ifdef CONFIG_CMA
2887                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2888                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2889                         return true;
2890                 }
2891 #endif
2892         }
2893         return false;
2894 }
2895
2896 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2897                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2898 {
2899         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2900                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2901 }
2902
2903 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2904                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2905 {
2906         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2907         long cma_pages = 0;
2908
2909 #ifdef CONFIG_CMA
2910         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2911         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2912                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2913 #endif
2914
2915         /*
2916          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2917          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2918          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2919          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2920          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2921          */
2922         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2923                 return true;
2924
2925         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2926                                         free_pages);
2927 }
2928
2929 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2930                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2931 {
2932         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2933
2934         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2935                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2936
2937         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2938                                                                 free_pages);
2939 }
2940
2941 #ifdef CONFIG_NUMA
2942 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2943 {
2944         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2945                                 RECLAIM_DISTANCE;
2946 }
2947 #else   /* CONFIG_NUMA */
2948 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2949 {
2950         return true;
2951 }
2952 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2953
2954 /*
2955  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2956  * a page.
2957  */
2958 static struct page *
2959 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2960                                                 const struct alloc_context *ac)
2961 {
2962         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2963         struct zone *zone;
2964         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2965
2966         /*
2967          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2968          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2969          */
2970         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2971                                                                 ac->nodemask) {
2972                 struct page *page;
2973                 unsigned long mark;
2974
2975                 if (cpusets_enabled() &&
2976                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2977                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2978                                 continue;
2979                 /*
2980                  * When allocating a page cache page for writing, we
2981                  * want to get it from a node that is within its dirty
2982                  * limit, such that no single node holds more than its
2983                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2984                  * The dirty limits take into account the node's
2985                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2986                  * should be able to balance it without having to
2987                  * write pages from its LRU list.
2988                  *
2989                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2990                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2991                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2992                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2993                  * nodes are together not big enough to reach the
2994                  * global limit.  The proper fix for these situations
2995                  * will require awareness of nodes in the
2996                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2997                  */
2998                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2999                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3000                                 continue;
3001
3002                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3003                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3004                                 continue;
3005                         }
3006                 }
3007
3008                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3009                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3010                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3011                         int ret;
3012
3013                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3014                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3015                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3016                                 goto try_this_zone;
3017
3018                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3019                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3020                                 continue;
3021
3022                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3023                         switch (ret) {
3024                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3025                                 /* did not scan */
3026                                 continue;
3027                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3028                                 /* scanned but unreclaimable */
3029                                 continue;
3030                         default:
3031                                 /* did we reclaim enough */
3032                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3033                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3034                                         goto try_this_zone;
3035
3036                                 continue;
3037                         }
3038                 }
3039
3040 try_this_zone:
3041                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3042                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3043                 if (page) {
3044                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3045
3046                         /*
3047                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3048                          * if the pageblock should be reserved for the future
3049                          */
3050                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3051                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3052
3053                         return page;
3054                 }
3055         }
3056
3057         return NULL;
3058 }
3059
3060 /*
3061  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3062  * meminfo in irq context.
3063  */
3064 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3065 {
3066         bool ret = false;
3067
3068 #if NODES_SHIFT > 8
3069         ret = in_interrupt();
3070 #endif
3071         return ret;
3072 }
3073
3074 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3075 {
3076         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3077         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3078
3079         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3080                 return;
3081
3082         /*
3083          * This documents exceptions given to allocations in certain
3084          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3085          * of allowed nodes.
3086          */
3087         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3088                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3089                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3090                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3091         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3092                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3093
3094         show_mem(filter, nodemask);
3095 }
3096
3097 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3098 {
3099         struct va_format vaf;
3100         va_list args;
3101         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3102                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3103
3104         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3105             debug_guardpage_minorder() > 0)
3106                 return;
3107
3108         pr_warn("%s: ", current->comm);
3109
3110         va_start(args, fmt);
3111         vaf.fmt = fmt;
3112         vaf.va = &args;
3113         pr_cont("%pV", &vaf);
3114         va_end(args);
3115
3116         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3117         if (nodemask)
3118                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3119         else
3120                 pr_cont("(null)\n");
3121
3122         cpuset_print_current_mems_allowed();
3123
3124         dump_stack();
3125         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3126 }
3127
3128 static inline struct page *
3129 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3130                               unsigned int alloc_flags,
3131                               const struct alloc_context *ac)
3132 {
3133         struct page *page;
3134
3135         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3136                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3137         /*
3138          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3139          * are depleted
3140          */
3141         if (!page)
3142                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3143                                 alloc_flags, ac);
3144
3145         return page;
3146 }
3147
3148 static inline struct page *
3149 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3150         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3151 {
3152         struct oom_control oc = {
3153                 .zonelist = ac->zonelist,
3154                 .nodemask = ac->nodemask,
3155                 .memcg = NULL,
3156                 .gfp_mask = gfp_mask,
3157                 .order = order,
3158         };
3159         struct page *page;
3160
3161         *did_some_progress = 0;
3162
3163         /*
3164          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3165          * making progress for us.
3166          */
3167         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3168                 *did_some_progress = 1;
3169                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3170                 return NULL;
3171         }
3172
3173         /*
3174          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3175          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3176          * we're still under heavy pressure.
3177          */
3178         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3179                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3180         if (page)
3181                 goto out;
3182
3183         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3184         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3185                 goto out;
3186         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3187         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3188                 goto out;
3189         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3190         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3191                 goto out;
3192         if (pm_suspended_storage())
3193                 goto out;
3194         /*
3195          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3196          * other request to make a forward progress.
3197          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3198          * do much for this context but let's try it to at least get
3199          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3200          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3201          * failures more gracefully we should just bail out here.
3202          */
3203
3204         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3205         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3206                 goto out;
3207
3208         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3209         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3210                 *did_some_progress = 1;
3211
3212                 /*
3213                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3214                  * reserves
3215                  */
3216                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3217                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3218                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3219         }
3220 out:
3221         mutex_unlock(&oom_lock);
3222         return page;
3223 }
3224
3225 /*
3226  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3227  * killer is consider as the only way to move forward.
3228  */
3229 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3230
3231 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3232 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3233 static struct page *
3234 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3235                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3236                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3237 {
3238         struct page *page;
3239
3240         if (!order)
3241                 return NULL;
3242
3243         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3244         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3245                                                                         prio);
3246         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3247
3248         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3249                 return NULL;
3250
3251         /*
3252          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3253          * count a compaction stall
3254          */
3255         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3256
3257         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3258
3259         if (page) {
3260                 struct zone *zone = page_zone(page);
3261
3262                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3263                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3264                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3265                 return page;
3266         }
3267
3268         /*
3269          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3270          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3271          */
3272         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3273
3274         cond_resched();
3275
3276         return NULL;
3277 }
3278
3279 static inline bool
3280 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3281                      enum compact_result compact_result,
3282                      enum compact_priority *compact_priority,
3283                      int *compaction_retries)
3284 {
3285         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3286         int min_priority;
3287         bool ret = false;
3288         int retries = *compaction_retries;
3289         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3290
3291         if (!order)
3292                 return false;
3293
3294         if (compaction_made_progress(compact_result))
3295                 (*compaction_retries)++;
3296
3297         /*
3298          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3299          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3300          * failure could be caused by insufficient priority
3301          */
3302         if (compaction_failed(compact_result))
3303                 goto check_priority;
3304
3305         /*
3306          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3307          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3308          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3309          * compaction.
3310          */
3311         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3312                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3313                 goto out;
3314         }
3315
3316         /*
3317          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3318          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3319          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3320          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3321          * would need much more detailed feedback from compaction to
3322          * make a better decision.
3323          */
3324         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3325                 max_retries /= 4;
3326         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3327                 ret = true;
3328                 goto out;
3329         }
3330
3331         /*
3332          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3333          * all retries or failed at the lower priorities.
3334          */
3335 check_priority:
3336         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3337                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3338
3339         if (*compact_priority > min_priority) {
3340                 (*compact_priority)--;
3341                 *compaction_retries = 0;
3342                 ret = true;
3343         }
3344 out:
3345         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3346         return ret;
3347 }
3348 #else
3349 static inline struct page *
3350 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3351                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3352                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3353 {
3354         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3355         return NULL;
3356 }
3357
3358 static inline bool
3359 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3360                      enum compact_result compact_result,
3361                      enum compact_priority *compact_priority,
3362                      int *compaction_retries)
3363 {
3364         struct zone *zone;
3365         struct zoneref *z;
3366
3367         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3368                 return false;
3369
3370         /*
3371          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3372          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3373          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3374          * watermarks are OK.
3375          */
3376         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3377                                         ac->nodemask) {
3378                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3379                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3380                         return true;
3381         }
3382         return false;
3383 }
3384 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3385
3386 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3387 static int
3388 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3389                                         const struct alloc_context *ac)
3390 {
3391         struct reclaim_state reclaim_state;
3392         int progress;
3393
3394         cond_resched();
3395
3396         /* We now go into synchronous reclaim */
3397         cpuset_memory_pressure_bump();
3398         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3399         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3400         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3401         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3402
3403         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3404                                                                 ac->nodemask);
3405
3406         current->reclaim_state = NULL;
3407         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3408         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3409
3410         cond_resched();
3411
3412         return progress;
3413 }
3414
3415 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3416 static inline struct page *
3417 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3418                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3419                 unsigned long *did_some_progress)
3420 {
3421         struct page *page = NULL;
3422         bool drained = false;
3423
3424         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3425         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3426                 return NULL;
3427
3428 retry:
3429         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3430
3431         /*
3432          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3433          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3434          * Shrink them them and try again
3435          */
3436         if (!page && !drained) {
3437                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3438                 drain_all_pages(NULL);
3439                 drained = true;
3440                 goto retry;
3441         }
3442
3443         return page;
3444 }
3445
3446 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3447 {
3448         struct zoneref *z;
3449         struct zone *zone;
3450         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3451
3452         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3453                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3454                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3455                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3456                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3457         }
3458 }
3459
3460 static inline unsigned int
3461 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3462 {
3463         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3464
3465         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3466         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3467
3468         /*
3469          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3470          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3471          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3472          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3473          */
3474         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3475
3476         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3477                 /*
3478                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3479                  * if it can't schedule.
3480                  */
3481                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3482                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3483                 /*
3484                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3485                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3486                  */
3487                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3488         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3489                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3490
3491 #ifdef CONFIG_CMA
3492         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3493                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3494 #endif
3495         return alloc_flags;
3496 }
3497
3498 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3499 {
3500         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3501                 return false;
3502
3503         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3504                 return true;
3505         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3506                 return true;
3507         if (!in_interrupt() &&
3508                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3509                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3510                 return true;
3511
3512         return false;
3513 }
3514
3515 /*
3516  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3517  * is consider as the only way to move forward.
3518  */
3519 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3520
3521 /*
3522  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3523  * for the given allocation request.
3524  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3525  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3526  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3527  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3528  * no_progress_loops).
3529  *
3530  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3531  */
3532 static inline bool
3533 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3534                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3535                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3536 {
3537         struct zone *zone;
3538         struct zoneref *z;
3539
3540         /*
3541          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3542          * their order will become available due to high fragmentation so
3543          * always increment the no progress counter for them
3544          */
3545         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3546                 *no_progress_loops = 0;
3547         else
3548                 (*no_progress_loops)++;
3549
3550         /*
3551          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3552          * several times in the row.
3553          */
3554         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3555                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3556                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3557         }
3558
3559         /*
3560          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3561          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3562          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3563          * screwed and have to go OOM.
3564          */
3565         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3566                                         ac->nodemask) {
3567                 unsigned long available;
3568                 unsigned long reclaimable;
3569                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3570                 bool wmark;
3571
3572                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3573                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3574                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3575                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3576
3577                 /*
3578                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3579                  * available?
3580                  */
3581                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3582                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3583                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3584                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3585                 if (wmark) {
3586                         /*
3587                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3588                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3589                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3590                          * prevent from pre mature OOM
3591                          */
3592                         if (!did_some_progress) {
3593                                 unsigned long write_pending;
3594
3595                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3596                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3597
3598                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3599                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3600                                         return true;
3601                                 }
3602                         }
3603
3604                         /*
3605                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3606                          * context and the current implementation of the WQ
3607                          * concurrency control doesn't recognize that
3608                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3609                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3610                          * do a short sleep here rather than calling
3611                          * cond_resched().
3612                          */
3613                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3614                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3615                         else
3616                                 cond_resched();
3617
3618                         return true;
3619                 }
3620         }
3621
3622         return false;
3623 }
3624
3625 static inline struct page *
3626 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3627                                                 struct alloc_context *ac)
3628 {
3629         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3630         struct page *page = NULL;
3631         unsigned int alloc_flags;
3632         unsigned long did_some_progress;
3633         enum compact_priority compact_priority;
3634         enum compact_result compact_result;
3635         int compaction_retries;
3636         int no_progress_loops;
3637         unsigned long alloc_start = jiffies;
3638         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3639         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3640
3641         /*
3642          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3643          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3644          * be using allocators in order of preference for an area that is
3645          * too large.
3646          */
3647         if (order >= MAX_ORDER) {
3648                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3649                 return NULL;
3650         }
3651
3652         /*
3653          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3654          * callers that are not in atomic context.
3655          */
3656         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3657                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3658                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3659
3660 retry_cpuset:
3661         compaction_retries = 0;
3662         no_progress_loops = 0;
3663         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3664         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3665
3666         /*
3667          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3668          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3669          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3670          */
3671         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3672
3673         /*
3674          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3675          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3676          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3677          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3678          */
3679         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3680                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3681         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3682                 goto nopage;
3683
3684         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3685                 wake_all_kswapds(order, ac);
3686
3687         /*
3688          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3689          * that first
3690          */
3691         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3692         if (page)
3693                 goto got_pg;
3694
3695         /*
3696          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3697          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3698          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3699          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3700          */
3701         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3702                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3703                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3704                                                 alloc_flags, ac,
3705                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3706                                                 &compact_result);
3707                 if (page)
3708                         goto got_pg;
3709
3710                 /*
3711                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3712                  * includes THP page fault allocations
3713                  */
3714                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3715                         /*
3716                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3717                          * it is because sync compaction recently failed. If
3718                          * this is the case and the caller requested a THP
3719                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3720                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3721                          * direct reclaim.
3722                          */
3723                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3724                                 goto nopage;
3725
3726                         /*
3727                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3728                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3729                          * using async compaction.
3730                          */
3731                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3732                 }
3733         }
3734
3735 retry:
3736         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3737         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3738                 wake_all_kswapds(order, ac);
3739
3740         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3741                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3742
3743         /*
3744          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3745          * These allocations are high priority and system rather than user
3746          * orientated.
3747          */
3748         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3749                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3750                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3751                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3752         }
3753
3754         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3755         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3756         if (page)
3757                 goto got_pg;
3758
3759         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3760         if (!can_direct_reclaim)
3761                 goto nopage;
3762
3763         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3764         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3765                 warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3766                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3767                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3768                 stall_timeout += 10 * HZ;
3769         }
3770
3771         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3772         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3773                 goto nopage;
3774
3775         /* Try direct reclaim and then allocating */
3776         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3777                                                         &did_some_progress);
3778         if (page)
3779                 goto got_pg;
3780
3781         /* Try direct compaction and then allocating */
3782         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3783                                         compact_priority, &compact_result);
3784         if (page)
3785                 goto got_pg;
3786
3787         /* Do not loop if specifically requested */
3788         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3789                 goto nopage;
3790
3791         /*
3792          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3793          * __GFP_REPEAT
3794          */
3795         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3796                 goto nopage;
3797
3798         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3799                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3800                 goto retry;
3801
3802         /*
3803          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3804          * reclaim is not able to make any progress because the current
3805          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3806          * of free memory (see __compaction_suitable)
3807          */
3808         if (did_some_progress > 0 &&
3809                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3810                                 compact_result, &compact_priority,
3811                                 &compaction_retries))
3812                 goto retry;
3813
3814         /*
3815          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3816          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3817          */
3818         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3819                 goto retry_cpuset;
3820
3821         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3822         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3823         if (page)
3824                 goto got_pg;
3825
3826         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3827         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3828                 goto nopage;
3829
3830         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3831         if (did_some_progress) {
3832                 no_progress_loops = 0;
3833                 goto retry;
3834         }
3835
3836 nopage:
3837         /*
3838          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3839          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3840          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3841          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3842          * retry.
3843          */
3844         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3845                 goto retry_cpuset;
3846
3847         /*
3848          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3849          * we always retry
3850          */
3851         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3852                 /*
3853                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3854                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3855                  */
3856                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3857                         goto fail;
3858
3859                 /*
3860                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3861                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3862                  * for somebody to do a work for us
3863                  */
3864                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3865
3866                 /*
3867                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3868                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3869                  * so that we can identify them and convert them to something
3870                  * else.
3871                  */
3872                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3873
3874                 /*
3875                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3876                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3877                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3878                  * the situation worse
3879                  */
3880                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3881                 if (page)
3882                         goto got_pg;
3883
3884                 cond_resched();
3885                 goto retry;
3886         }
3887 fail:
3888         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3889                         "page allocation failure: order:%u", order);
3890 got_pg:
3891         return page;
3892 }
3893
3894 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3895                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3896                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3897                 unsigned int *alloc_flags)
3898 {
3899         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3900         ac->zonelist = zonelist;
3901         ac->nodemask = nodemask;
3902         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3903
3904         if (cpusets_enabled()) {
3905                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3906                 *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3907                 if (!ac->nodemask)
3908                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3909         }
3910
3911         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3912
3913         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3914
3915         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3916                 return false;
3917
3918         /*
3919          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3920          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3921          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3922          */
3923         if (unlikely(!ac->zonelist->_zonerefs->zone))
3924                 return false;
3925
3926         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3927                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3928
3929         return true;
3930 }
3931
3932 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3933 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3934                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3935 {
3936         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3937         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3938
3939         /*
3940          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3941          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3942          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3943          */
3944         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3945                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3946 }
3947
3948 /*
3949  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3950  */
3951 struct page *
3952 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3953                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3954 {
3955         struct page *page;
3956         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3957         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3958         struct alloc_context ac = { };
3959
3960         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3961         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3962                 return NULL;
3963
3964         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3965         if (!ac.preferred_zoneref->zone) {
3966                 page = NULL;
3967                 /*
3968                  * This might be due to race with cpuset_current_mems_allowed
3969                  * update, so make sure we retry with original nodemask in the
3970                  * slow path.
3971                  */
3972                 goto no_zone;
3973         }
3974
3975         /* First allocation attempt */
3976         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3977         if (likely(page))
3978                 goto out;
3979
3980 no_zone:
3981         /*
3982          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3983          * because I/O on the device might not complete.
3984          */
3985         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3986         ac.spread_dirty_pages = false;
3987
3988         /*
3989          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3990          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3991          */
3992         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3993                 ac.nodemask = nodemask;
3994
3995         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3996
3997 out:
3998         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3999             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4000                 __free_pages(page, order);
4001                 page = NULL;
4002         }
4003
4004         if (kmemcheck_enabled && page)
4005                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
4006
4007         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4008
4009         return page;
4010 }
4011 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4012
4013 /*
4014  * Common helper functions.
4015  */
4016 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4017 {
4018         struct page *page;
4019
4020         /*
4021          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4022          * a highmem page
4023          */
4024         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4025
4026         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4027         if (!page)
4028                 return 0;
4029         return (unsigned long) page_address(page);
4030 }
4031 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4032
4033 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4034 {
4035         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4036 }
4037 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4038
4039 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4040 {
4041         if (put_page_testzero(page)) {
4042                 if (order == 0)
4043                         free_hot_cold_page(page, false);
4044                 else
4045                         __free_pages_ok(page, order);
4046         }
4047 }
4048
4049 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4050
4051 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4052 {
4053         if (addr != 0) {
4054                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4055                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4056         }
4057 }
4058
4059 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4060
4061 /*
4062  * Page Fragment:
4063  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4064  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4065  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4066  *
4067  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4068  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4069  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4070  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4071  */
4072 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4073                                              gfp_t gfp_mask)
4074 {
4075         struct page *page = NULL;
4076         gfp_t gfp = gfp_mask;
4077
4078 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4079         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4080                     __GFP_NOMEMALLOC;
4081         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4082                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4083         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4084 #endif
4085         if (unlikely(!page))
4086                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4087
4088         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4089
4090         return page;
4091 }
4092
4093 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4094 {
4095         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4096
4097         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4098                 unsigned int order = compound_order(page);
4099
4100                 if (order == 0)
4101                         free_hot_cold_page(page, false);
4102                 else
4103                         __free_pages_ok(page, order);
4104         }
4105 }
4106 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4107
4108 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4109                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4110 {
4111         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4112         struct page *page;
4113         int offset;
4114
4115         if (unlikely(!nc->va)) {
4116 refill:
4117                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4118                 if (!page)
4119                         return NULL;
4120
4121 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4122                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4123                 size = nc->size;
4124 #endif
4125                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4126                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4127                  */
4128                 page_ref_add(page, size - 1);
4129
4130                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4131                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4132                 nc->pagecnt_bias = size;
4133                 nc->offset = size;
4134         }
4135
4136         offset = nc->offset - fragsz;
4137         if (unlikely(offset < 0)) {
4138                 page = virt_to_page(nc->va);
4139
4140                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4141                         goto refill;
4142
4143 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4144                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4145                 size = nc->size;
4146 #endif
4147                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4148                 set_page_count(page, size);
4149
4150                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4151                 nc->pagecnt_bias = size;
4152                 offset = size - fragsz;
4153         }
4154
4155         nc->pagecnt_bias--;
4156         nc->offset = offset;
4157
4158         return nc->va + offset;
4159 }
4160 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4161
4162 /*
4163  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4164  */
4165 void page_frag_free(void *addr)
4166 {
4167         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4168
4169         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4170                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4171 }
4172 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4173
4174 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4175                 size_t size)
4176 {
4177         if (addr) {
4178                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4179                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4180
4181                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4182                 while (used < alloc_end) {
4183                         free_page(used);
4184                         used += PAGE_SIZE;
4185                 }
4186         }
4187         return (void *)addr;
4188 }
4189
4190 /**
4191  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4192  * @size: the number of bytes to allocate
4193  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4194  *
4195  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4196  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4197  * allocate memory in power-of-two pages.
4198  *
4199  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4200  *
4201  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4202  */
4203 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4204 {
4205         unsigned int order = get_order(size);
4206         unsigned long addr;
4207
4208         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4209         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4210 }
4211 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4212
4213 /**
4214  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4215  *                         pages on a node.
4216  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4217  * @size: the number of bytes to allocate
4218  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4219  *
4220  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4221  * back.
4222  */
4223 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4224 {
4225         unsigned int order = get_order(size);
4226         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4227         if (!p)
4228                 return NULL;
4229         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4230 }
4231
4232 /**
4233  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4234  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4235  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4236  *
4237  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4238  */
4239 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4240 {
4241         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4242         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4243
4244         while (addr < end) {
4245                 free_page(addr);
4246                 addr += PAGE_SIZE;
4247         }
4248 }
4249 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4250
4251 /**
4252  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4253  * @offset: The zone index of the highest zone
4254  *
4255  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4256  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4257  * zone, the number of pages is calculated as:
4258  *     managed_pages - high_pages
4259  */
4260 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4261 {
4262         struct zoneref *z;
4263         struct zone *zone;
4264
4265         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4266         unsigned long sum = 0;
4267
4268         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4269
4270         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4271                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4272                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4273                 if (size > high)
4274                         sum += size - high;
4275         }
4276
4277         return sum;
4278 }
4279
4280 /**
4281  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4282  *
4283  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4284  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4285  */
4286 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4287 {
4288         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4289 }
4290 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4291
4292 /**
4293  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4294  *
4295  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4296  * high watermark within all zones.
4297  */
4298 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4299 {
4300         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4301 }
4302
4303 static inline void show_node(struct zone *zone)
4304 {
4305         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4306                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4307 }
4308
4309 long si_mem_available(void)
4310 {
4311         long available;
4312         unsigned long pagecache;
4313         unsigned long wmark_low = 0;
4314         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4315         struct zone *zone;
4316         int lru;
4317
4318         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4319                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4320
4321         for_each_zone(zone)
4322                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4323
4324         /*
4325          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4326          * without causing swapping.
4327          */
4328         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4329
4330         /*
4331          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4332          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4333          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4334          */
4335         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4336         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4337         available += pagecache;
4338
4339         /*
4340          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4341          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4342          */
4343         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4344                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4345
4346         if (available < 0)
4347                 available = 0;
4348         return available;
4349 }
4350 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4351
4352 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4353 {
4354         val->totalram = totalram_pages;
4355         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4356         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4357         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4358         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4359         val->freehigh = nr_free_highpages();
4360         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4361 }
4362
4363 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4364
4365 #ifdef CONFIG_NUMA
4366 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4367 {
4368         int zone_type;          /* needs to be signed */
4369         unsigned long managed_pages = 0;
4370         unsigned long managed_highpages = 0;
4371         unsigned long free_highpages = 0;
4372         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4373
4374         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4375                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4376         val->totalram = managed_pages;
4377         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4378         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4379 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4380         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4381                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4382
4383                 if (is_highmem(zone)) {
4384                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4385                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4386                 }
4387         }
4388         val->totalhigh = managed_highpages;
4389         val->freehigh = free_highpages;
4390 #else
4391         val->totalhigh = managed_highpages;
4392         val->freehigh = free_highpages;
4393 #endif
4394         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4395 }
4396 #endif
4397
4398 /*
4399  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4400  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4401  */
4402 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4403 {
4404         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4405                 return false;
4406
4407         /*
4408          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4409          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4410          * have to be precise here.
4411          */
4412         if (!nodemask)
4413                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4414
4415         return !node_isset(nid, *nodemask);
4416 }
4417
4418 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4419
4420 static void show_migration_types(unsigned char type)
4421 {
4422         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4423                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4424                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4425                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4426                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4427 #ifdef CONFIG_CMA
4428                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4429 #endif
4430 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4431                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4432 #endif
4433         };
4434         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4435         char *p = tmp;
4436         int i;
4437
4438         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4439                 if (type & (1 << i))
4440                         *p++ = types[i];
4441         }
4442
4443         *p = '\0';
4444         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4445 }
4446
4447 /*
4448  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4449  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4450  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4451  *
4452  * Bits in @filter:
4453  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4454  *   cpuset.
4455  */
4456 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4457 {
4458         unsigned long free_pcp = 0;
4459         int cpu;
4460         struct zone *zone;
4461         pg_data_t *pgdat;
4462
4463         for_each_populated_zone(zone) {
4464                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4465                         continue;
4466
4467                 for_each_online_cpu(cpu)
4468                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4469         }
4470
4471         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4472                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4473                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4474                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4475                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4476                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4477                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4478                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4479                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4480                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4481                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4482                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4483                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4484                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4485                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4486                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4487                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4488                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4489                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4490                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4491                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4492                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4493                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4494                 free_pcp,
4495                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4496
4497         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4498                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4499                         continue;
4500
4501                 printk("Node %d"
4502                         " active_anon:%lukB"
4503                         " inactive_anon:%lukB"
4504                         " active_file:%lukB"
4505                         " inactive_file:%lukB"
4506                         " unevictable:%lukB"
4507                         " isolated(anon):%lukB"
4508                         " isolated(file):%lukB"
4509                         " mapped:%lukB"
4510                         " dirty:%lukB"
4511                         " writeback:%lukB"
4512                         " shmem:%lukB"
4513 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4514                         " shmem_thp: %lukB"
4515                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4516                         " anon_thp: %lukB"
4517 #endif
4518                         " writeback_tmp:%lukB"
4519                         " unstable:%lukB"
4520                         " pages_scanned:%lu"
4521                         " all_unreclaimable? %s"
4522                         "\n",
4523                         pgdat->node_id,
4524                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4525                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4526                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4527                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4528                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4529                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4530                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4531                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4532                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4533                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4534 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4535                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4536                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4537                                         * HPAGE_PMD_NR),
4538                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4539 #endif
4540                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4541                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4542                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4543                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4544                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4545         }
4546
4547         for_each_populated_zone(zone) {
4548                 int i;
4549
4550                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4551                         continue;
4552
4553                 free_pcp = 0;
4554                 for_each_online_cpu(cpu)
4555                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4556
4557                 show_node(zone);
4558                 printk(KERN_CONT
4559                         "%s"
4560                         " free:%lukB"
4561                         " min:%lukB"
4562                         " low:%lukB"
4563                         " high:%lukB"
4564                         " active_anon:%lukB"
4565                         " inactive_anon:%lukB"
4566                         " active_file:%lukB"
4567                         " inactive_file:%lukB"
4568                         " unevictable:%lukB"
4569                         " writepending:%lukB"
4570                         " present:%lukB"
4571                         " managed:%lukB"
4572                         " mlocked:%lukB"
4573                         " slab_reclaimable:%lukB"
4574                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4575                         " kernel_stack:%lukB"
4576                         " pagetables:%lukB"
4577                         " bounce:%lukB"
4578                         " free_pcp:%lukB"
4579                         " local_pcp:%ukB"
4580                         " free_cma:%lukB"
4581                         "\n",
4582                         zone->name,
4583                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4584                         K(min_wmark_pages(zone)),
4585                         K(low_wmark_pages(zone)),
4586                         K(high_wmark_pages(zone)),
4587                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4588                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4589                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4590                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4591                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4592                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4593                         K(zone->present_pages),
4594                         K(zone->managed_pages),
4595                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4596                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4597                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4598                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4599                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4600                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4601                         K(free_pcp),
4602                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4603                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4604                 printk("lowmem_reserve[]:");
4605                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4606                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4607                 printk(KERN_CONT "\n");
4608         }
4609
4610         for_each_populated_zone(zone) {
4611                 unsigned int order;
4612                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4613                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4614
4615                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4616                         continue;
4617                 show_node(zone);
4618                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4619
4620                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4621                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4622                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4623                         int type;
4624
4625                         nr[order] = area->nr_free;
4626                         total += nr[order] << order;
4627
4628                         types[order] = 0;
4629                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4630                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4631                                         types[order] |= 1 << type;
4632                         }
4633                 }
4634                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4635                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4636                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4637                                nr[order], K(1UL) << order);
4638                         if (nr[order])
4639                                 show_migration_types(types[order]);
4640                 }
4641                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4642         }
4643
4644         hugetlb_show_meminfo();
4645
4646         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4647
4648         show_swap_cache_info();
4649 }
4650
4651 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4652 {
4653         zoneref->zone = zone;
4654         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4655 }
4656
4657 /*
4658  * Builds allocation fallback zone lists.
4659  *
4660  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4661  */
4662 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4663                                 int nr_zones)
4664 {
4665         struct zone *zone;
4666         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4667
4668         do {
4669                 zone_type--;
4670                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4671                 if (managed_zone(zone)) {
4672                         zoneref_set_zone(zone,
4673                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4674                         check_highest_zone(zone_type);
4675                 }
4676         } while (zone_type);
4677
4678         return nr_zones;
4679 }
4680
4681
4682 /*
4683  *  zonelist_order:
4684  *  0 = automatic detection of better ordering.
4685  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4686  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4687  *
4688  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4689  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4690  */
4691 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4692 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4693 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4694
4695 /* zonelist order in the kernel.
4696  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4697  */
4698 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4699 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4700
4701
4702 #ifdef CONFIG_NUMA
4703 /* The value user specified ....changed by config */
4704 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4705 /* string for sysctl */
4706 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4707 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4708
4709 /*
4710  * interface for configure zonelist ordering.
4711  * command line option "numa_zonelist_order"
4712  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4713  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4714  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4715  */
4716
4717 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4718 {
4719         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4720                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4721         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4722                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4723         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4724                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4725         } else {
4726                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4727                 return -EINVAL;
4728         }
4729         return 0;
4730 }
4731
4732 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4733 {
4734         int ret;
4735
4736         if (!s)
4737                 return 0;
4738
4739         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4740         if (ret == 0)
4741                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4742
4743         return ret;
4744 }
4745 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4746
4747 /*
4748  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4749  */
4750 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4751                 void __user *buffer, size_t *length,
4752                 loff_t *ppos)
4753 {
4754         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4755         int ret;
4756         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4757
4758         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4759         if (write) {
4760                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4761                         ret = -EINVAL;
4762                         goto out;
4763                 }
4764                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4765         }
4766         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4767         if (ret)
4768                 goto out;
4769         if (write) {
4770                 int oldval = user_zonelist_order;
4771
4772                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4773                 if (ret) {
4774                         /*
4775                          * bogus value.  restore saved string
4776                          */
4777                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4778                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4779                         user_zonelist_order = oldval;
4780                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4781                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4782                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4783                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4784                 }
4785         }
4786 out:
4787         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4788         return ret;
4789 }
4790
4791
4792 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4793 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4794
4795 /**
4796  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4797  * @node: node whose fallback list we're appending
4798  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4799  *
4800  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4801  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4802  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4803  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4804  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4805  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4806  * on them otherwise.
4807  * It returns -1 if no node is found.
4808  */
4809 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4810 {
4811         int n, val;
4812         int min_val = INT_MAX;
4813         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4814         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4815
4816         /* Use the local node if we haven't already */
4817         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4818                 node_set(node, *used_node_mask);
4819                 return node;
4820         }
4821
4822         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4823
4824                 /* Don't want a node to appear more than once */
4825                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4826                         continue;
4827
4828                 /* Use the distance array to find the distance */
4829                 val = node_distance(node, n);
4830
4831                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4832                 val += (n < node);
4833
4834                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4835                 tmp = cpumask_of_node(n);
4836                 if (!cpumask_empty(tmp))
4837                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4838
4839                 /* Slight preference for less loaded node */
4840                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4841                 val += node_load[n];
4842
4843                 if (val < min_val) {
4844                         min_val = val;
4845                         best_node = n;
4846                 }
4847         }
4848
4849         if (best_node >= 0)
4850                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4851
4852         return best_node;
4853 }
4854
4855
4856 /*
4857  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4858  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4859  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4860  */
4861 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4862 {
4863         int j;
4864         struct zonelist *zonelist;
4865
4866         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4867         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4868                 ;
4869         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4870         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4871         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4872 }
4873
4874 /*
4875  * Build gfp_thisnode zonelists
4876  */
4877 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4878 {
4879         int j;
4880         struct zonelist *zonelist;
4881
4882         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4883         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4884         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4885         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4886 }
4887
4888 /*
4889  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4890  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4891  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4892  * may still exist in local DMA zone.
4893  */
4894 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4895
4896 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4897 {
4898         int pos, j, node;
4899         int zone_type;          /* needs to be signed */
4900         struct zone *z;
4901         struct zonelist *zonelist;
4902
4903         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4904         pos = 0;
4905         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4906                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4907                         node = node_order[j];
4908                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4909                         if (managed_zone(z)) {
4910                                 zoneref_set_zone(z,
4911                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4912                                 check_highest_zone(zone_type);
4913                         }
4914                 }
4915         }
4916         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4917         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4918 }
4919
4920 #if defined(CONFIG_64BIT)
4921 /*
4922  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4923  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4924  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4925  */
4926 static int default_zonelist_order(void)
4927 {
4928         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4929 }
4930 #else
4931 /*
4932  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4933  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4934  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4935  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4936  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4937  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4938  */
4939 static int default_zonelist_order(void)
4940 {
4941         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4942 }
4943 #endif /* CONFIG_64BIT */
4944
4945 static void set_zonelist_order(void)
4946 {
4947         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4948                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4949         else
4950                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4951 }
4952
4953 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4954 {
4955         int i, node, load;
4956         nodemask_t used_mask;
4957         int local_node, prev_node;
4958         struct zonelist *zonelist;
4959         unsigned int order = current_zonelist_order;
4960
4961         /* initialize zonelists */
4962         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4963                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4964                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4965                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4966         }
4967
4968         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4969         local_node = pgdat->node_id;
4970         load = nr_online_nodes;
4971         prev_node = local_node;
4972         nodes_clear(used_mask);
4973
4974         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4975         i = 0;
4976
4977         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4978                 /*
4979                  * We don't want to pressure a particular node.
4980                  * So adding penalty to the first node in same
4981                  * distance group to make it round-robin.
4982                  */
4983                 if (node_distance(local_node, node) !=
4984                     node_distance(local_node, prev_node))
4985                         node_load[node] = load;
4986
4987                 prev_node = node;
4988                 load--;
4989                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4990                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4991                 else
4992                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4993         }
4994
4995         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4996                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4997                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4998         }
4999
5000         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5001 }
5002
5003 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5004 /*
5005  * Return node id of node used for "local" allocations.
5006  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5007  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5008  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5009  */
5010 int local_memory_node(int node)
5011 {
5012         struct zoneref *z;
5013
5014         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5015                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5016                                    NULL);
5017         return z->zone->node;
5018 }
5019 #endif
5020
5021 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5022 static void setup_min_slab_ratio(void);
5023 #else   /* CONFIG_NUMA */
5024
5025 static void set_zonelist_order(void)
5026 {
5027         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5028 }
5029
5030 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5031 {
5032         int node, local_node;
5033         enum zone_type j;
5034         struct zonelist *zonelist;
5035
5036         local_node = pgdat->node_id;
5037
5038         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5039         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5040
5041         /*
5042          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5043          * of all the other nodes.
5044          * We don't want to pressure a particular node, so when
5045          * building the zones for node N, we make sure that the
5046          * zones coming right after the local ones are those from
5047          * node N+1 (modulo N)
5048          */
5049         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5050                 if (!node_online(node))
5051                         continue;
5052                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5053         }
5054         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5055                 if (!node_online(node))
5056                         continue;
5057                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5058         }
5059
5060         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5061         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5062 }
5063
5064 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5065
5066 /*
5067  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5068  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5069  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5070  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5071  * with interrupts disabled.
5072  *
5073  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5074  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5075  * hotplugged processors.
5076  *
5077  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5078  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5079  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5080  */
5081 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5082 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5083 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5084
5085 /*
5086  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5087  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5088  */
5089 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5090
5091 /* return values int ....just for stop_machine() */
5092 static int __build_all_zonelists(void *data)
5093 {
5094         int nid;
5095         int cpu;
5096         pg_data_t *self = data;
5097
5098 #ifdef CONFIG_NUMA
5099         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5100 #endif
5101
5102         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5103                 build_zonelists(self);
5104         }
5105
5106         for_each_online_node(nid) {
5107                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5108
5109                 build_zonelists(pgdat);
5110         }
5111
5112         /*
5113          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5114          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5115          * each zone will be allocated later when the per cpu
5116          * allocator is available.
5117          *
5118          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5119          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5120          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5121          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5122          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5123          * (a chicken-egg dilemma).
5124          */
5125         for_each_possible_cpu(cpu) {
5126                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5127
5128 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5129                 /*
5130                  * We now know the "local memory node" for each node--
5131                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5132                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5133                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5134                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5135                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5136                  */
5137                 if (cpu_online(cpu))
5138                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5139 #endif
5140         }
5141
5142         return 0;
5143 }
5144
5145 static noinline void __init
5146 build_all_zonelists_init(void)
5147 {
5148         __build_all_zonelists(NULL);
5149         mminit_verify_zonelist();
5150         cpuset_init_current_mems_allowed();
5151 }
5152
5153 /*
5154  * Called with zonelists_mutex held always
5155  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5156  *
5157  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5158  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5159  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5160  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5161  */
5162 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5163 {
5164         set_zonelist_order();
5165
5166         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5167                 build_all_zonelists_init();
5168         } else {
5169 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5170                 if (zone)
5171                         setup_zone_pageset(zone);
5172 #endif
5173                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5174                    of zonelist */
5175                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5176                 /* cpuset refresh routine should be here */
5177         }
5178         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5179         /*
5180          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5181          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5182          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5183          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5184          * disabled and enable it later
5185          */
5186         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5187                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5188         else
5189                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5190
5191         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5192                 nr_online_nodes,
5193                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5194                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5195                 vm_total_pages);
5196 #ifdef CONFIG_NUMA
5197         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5198 #endif
5199 }
5200
5201 /*
5202  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5203  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5204  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5205  */
5206 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5207                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5208 {
5209         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5210         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5211         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5212         unsigned long pfn;
5213         unsigned long nr_initialised = 0;
5214 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5215         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5216 #endif
5217
5218         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5219                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5220
5221         /*
5222          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5223          * memory
5224          */
5225         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5226                 start_pfn += altmap->reserve;
5227
5228         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5229                 /*
5230                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5231                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5232                  */
5233                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5234                         goto not_early;
5235
5236                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5237 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5238                         /*
5239                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5240                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5241                          * on our next iteration of the loop.
5242                          */
5243                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5244 #endif
5245                         continue;
5246                 }
5247                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5248                         continue;
5249                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5250                         break;
5251
5252 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5253                 /*
5254                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5255                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5256                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5257                  */
5258                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5259                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5260                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5261                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5262                                                 break;
5263                                 r = tmp;
5264                         }
5265                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5266                             memblock_is_mirror(r)) {
5267                                 /* already initialized as NORMAL */
5268                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5269                                 continue;
5270                         }
5271                 }
5272 #endif
5273
5274 not_early:
5275                 /*
5276                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5277                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5278                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5279                  * the address space during boot when many long-lived
5280                  * kernel allocations are made.
5281                  *
5282                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5283                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5284                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5285                  * pfn out of zone.
5286                  */
5287                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5288                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5289
5290                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5291                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5292                 } else {
5293                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5294                 }
5295         }
5296 }
5297
5298 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5299 {
5300         unsigned int order, t;
5301         for_each_migratetype_order(order, t) {
5302                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5303                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5304         }
5305 }
5306
5307 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5308 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5309         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5310 #endif
5311
5312 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5313 {
5314 #ifdef CONFIG_MMU
5315         int batch;
5316
5317         /*
5318          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5319          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5320          *
5321          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5322          */
5323         batch = zone->managed_pages / 1024;
5324         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5325                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5326         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5327         if (batch < 1)
5328                 batch = 1;
5329
5330         /*
5331          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5332          * of 2 value was found to be more likely to have
5333          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5334          *
5335          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5336          * batches of pages, one task can end up with a lot
5337          * of pages of one half of the possible page colors
5338          * and the other with pages of the other colors.
5339          */
5340         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5341
5342         return batch;
5343
5344 #else
5345         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5346          * conditions.
5347          *
5348          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5349          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5350          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5351          *
5352          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5353          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5354          * can be a significant delay between the individual batches being
5355          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5356          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5357          */
5358         return 0;
5359 #endif
5360 }
5361
5362 /*
5363  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5364  * ->batch must never be higher then ->high.
5365  * The following function updates them in a safe manner without read side
5366  * locking.
5367  *
5368  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5369  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5370  *
5371  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5372  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5373  * exist).
5374  */
5375 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5376                 unsigned long batch)
5377 {
5378        /* start with a fail safe value for batch */
5379         pcp->batch = 1;
5380         smp_wmb();
5381
5382        /* Update high, then batch, in order */
5383         pcp->high = high;
5384         smp_wmb();
5385
5386         pcp->batch = batch;
5387 }
5388
5389 /* a companion to pageset_set_high() */
5390 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5391 {
5392         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5393 }
5394
5395 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5396 {
5397         struct per_cpu_pages *pcp;
5398         int migratetype;
5399
5400         memset(p, 0, sizeof(*p));
5401
5402         pcp = &p->pcp;
5403         pcp->count = 0;
5404         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5405                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5406 }
5407
5408 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5409 {
5410         pageset_init(p);
5411         pageset_set_batch(p, batch);
5412 }
5413
5414 /*
5415  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5416  * to the value high for the pageset p.
5417  */
5418 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5419                                 unsigned long high)
5420 {
5421         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5422         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5423                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5424
5425         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5426 }
5427
5428 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5429                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5430 {
5431         if (percpu_pagelist_fraction)
5432                 pageset_set_high(pcp,
5433                         (zone->managed_pages /
5434                                 percpu_pagelist_fraction));
5435         else
5436                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5437 }
5438
5439 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5440 {
5441         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5442
5443         pageset_init(pcp);
5444         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5445 }
5446
5447 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5448 {
5449         int cpu;
5450         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5451         for_each_possible_cpu(cpu)
5452                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5453 }
5454
5455 /*
5456  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5457  * Before this call only boot pagesets were available.
5458  */
5459 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5460 {
5461         struct pglist_data *pgdat;
5462         struct zone *zone;
5463
5464         for_each_populated_zone(zone)
5465                 setup_zone_pageset(zone);
5466
5467         for_each_online_pgdat(pgdat)
5468                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5469                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5470 }
5471
5472 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5473 {
5474         /*
5475          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5476          * relies on the ability of the linker to provide the
5477          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5478          */
5479         zone->pageset = &boot_pageset;
5480
5481         if (populated_zone(zone))
5482                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5483                         zone->name, zone->present_pages,
5484                                          zone_batchsize(zone));
5485 }
5486
5487 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5488                                         unsigned long zone_start_pfn,
5489                                         unsigned long size)
5490 {
5491         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5492
5493         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5494
5495         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5496
5497         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5498                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5499                         pgdat->node_id,
5500                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5501                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5502
5503         zone_init_free_lists(zone);
5504         zone->initialized = 1;
5505
5506         return 0;
5507 }
5508
5509 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5510 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5511
5512 /*
5513  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5514  */
5515 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5516                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5517 {
5518         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5519         int nid;
5520
5521         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5522                 return state->last_nid;
5523
5524         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5525         if (nid != -1) {
5526                 state->last_start = start_pfn;
5527                 state->last_end = end_pfn;
5528                 state->last_nid = nid;
5529         }
5530
5531         return nid;
5532 }
5533 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5534
5535 /**
5536  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5537  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5538  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5539  *
5540  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5541  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5542  * memblock_free_early_nid() manually.
5543  */
5544 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5545 {
5546         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5547         int i, this_nid;
5548
5549         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5550                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5551                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5552
5553                 if (start_pfn < end_pfn)
5554                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5555                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5556                                         this_nid);
5557         }
5558 }
5559
5560 /**
5561  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5562  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5563  *
5564  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5565  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5566  */
5567 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5568 {
5569         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5570         int i, this_nid;
5571
5572         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5573                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5574 }
5575
5576 /**
5577  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5578  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5579  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5580  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5581  *
5582  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5583  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5584  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5585  * PFNs will be 0.
5586  */
5587 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5588                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5589 {
5590         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5591         int i;
5592
5593         *start_pfn = -1UL;
5594         *end_pfn = 0;
5595
5596         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5597                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5598                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5599         }
5600
5601         if (*start_pfn == -1UL)
5602                 *start_pfn = 0;
5603 }
5604
5605 /*
5606  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5607  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5608  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5609  */
5610 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5611 {
5612         int zone_index;
5613         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5614                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5615                         continue;
5616
5617                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5618                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5619                         break;
5620         }
5621
5622         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5623         movable_zone = zone_index;
5624 }
5625
5626 /*
5627  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5628  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5629  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5630  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5631  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5632  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5633  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5634  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5635  */
5636 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5637                                         unsigned long zone_type,
5638                                         unsigned long node_start_pfn,
5639                                         unsigned long node_end_pfn,
5640                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5641                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5642 {
5643         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5644         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5645                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5646                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5647                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5648                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5649                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5650
5651                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5652                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5653                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5654                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5655                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5656
5657                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5658                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5659                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5660         }
5661 }
5662
5663 /*
5664  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5665  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5666  */
5667 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5668                                         unsigned long zone_type,
5669                                         unsigned long node_start_pfn,
5670                                         unsigned long node_end_pfn,
5671                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5672                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5673                                         unsigned long *ignored)
5674 {
5675         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5676         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5677                 return 0;
5678
5679         /* Get the start and end of the zone */
5680         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5681         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5682         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5683                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5684                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5685
5686         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5687         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5688                 return 0;
5689
5690         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5691         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5692         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5693
5694         /* Return the spanned pages */
5695         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5696 }
5697
5698 /*
5699  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5700  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5701  */
5702 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5703                                 unsigned long range_start_pfn,
5704                                 unsigned long range_end_pfn)
5705 {
5706         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5707         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5708         int i;
5709
5710         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5711                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5712                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5713                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5714         }
5715         return nr_absent;
5716 }
5717
5718 /**
5719  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5720  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5721  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5722  *
5723  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5724  */
5725 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5726                                                         unsigned long end_pfn)
5727 {
5728         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5729 }
5730
5731 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5732 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5733                                         unsigned long zone_type,
5734                                         unsigned long node_start_pfn,
5735                                         unsigned long node_end_pfn,
5736                                         unsigned long *ignored)
5737 {
5738         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5739         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5740         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5741         unsigned long nr_absent;
5742
5743         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5744         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5745                 return 0;
5746
5747         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5748         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5749
5750         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5751                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5752                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5753         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5754
5755         /*
5756          * ZONE_MOVABLE handling.
5757          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5758          * and vice versa.
5759          */
5760         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5761                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5762                 struct memblock_region *r;
5763
5764                 for_each_memblock(memory, r) {
5765                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5766                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5767                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5768                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5769
5770                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5771                             memblock_is_mirror(r))
5772                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5773
5774                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5775                             !memblock_is_mirror(r))
5776                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5777                 }
5778         }
5779
5780         return nr_absent;
5781 }
5782
5783 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5784 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5785                                         unsigned long zone_type,
5786                                         unsigned long node_start_pfn,
5787                                         unsigned long node_end_pfn,
5788                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5789                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5790                                         unsigned long *zones_size)
5791 {
5792         unsigned int zone;
5793
5794         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5795         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5796                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5797
5798         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5799
5800         return zones_size[zone_type];
5801 }
5802
5803 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5804                                                 unsigned long zone_type,
5805                                                 unsigned long node_start_pfn,
5806                                                 unsigned long node_end_pfn,
5807                                                 unsigned long *zholes_size)
5808 {
5809         if (!zholes_size)
5810                 return 0;
5811
5812         return zholes_size[zone_type];
5813 }
5814
5815 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5816
5817 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5818                                                 unsigned long node_start_pfn,
5819                                                 unsigned long node_end_pfn,
5820                                                 unsigned long *zones_size,
5821                                                 unsigned long *zholes_size)
5822 {
5823         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5824         enum zone_type i;
5825
5826         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5827                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5828                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5829                 unsigned long size, real_size;
5830
5831                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5832                                                   node_start_pfn,
5833                                                   node_end_pfn,
5834                                                   &zone_start_pfn,
5835                                                   &zone_end_pfn,
5836                                                   zones_size);
5837                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5838                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5839                                                   zholes_size);
5840                 if (size)
5841                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5842                 else
5843                         zone->zone_start_pfn = 0;
5844                 zone->spanned_pages = size;
5845                 zone->present_pages = real_size;
5846
5847                 totalpages += size;
5848                 realtotalpages += real_size;
5849         }
5850
5851         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5852         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5853         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5854                                                         realtotalpages);
5855 }
5856
5857 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5858 /*
5859  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5860  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5861  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5862  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5863  * bytes.
5864  */
5865 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5866 {
5867         unsigned long usemapsize;
5868
5869         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5870         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5871         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5872         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5873         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5874
5875         return usemapsize / 8;
5876 }
5877
5878 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5879                                 struct zone *zone,
5880                                 unsigned long zone_start_pfn,
5881                                 unsigned long zonesize)
5882 {
5883         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5884         zone->pageblock_flags = NULL;
5885         if (usemapsize)
5886                 zone->pageblock_flags =
5887                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5888                                                          pgdat->node_id);
5889 }
5890 #else
5891 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5892                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5893 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5894
5895 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5896
5897 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5898 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5899 {
5900         unsigned int order;
5901
5902         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5903         if (pageblock_order)
5904                 return;
5905
5906         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5907                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5908         else
5909                 order = MAX_ORDER - 1;
5910
5911         /*
5912          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5913          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5914          * powerpc.
5915          */
5916         pageblock_order = order;
5917 }
5918 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5919
5920 /*
5921  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5922  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5923  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5924  * the kernel config
5925  */
5926 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5927 {
5928 }
5929
5930 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5931
5932 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5933                                                    unsigned long present_pages)
5934 {
5935         unsigned long pages = spanned_pages;
5936
5937         /*
5938          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5939          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5940          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5941          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5942          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5943          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5944          */
5945         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5946             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5947                 pages = present_pages;
5948
5949         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5950 }
5951
5952 /*
5953  * Set up the zone data structures:
5954  *   - mark all pages reserved
5955  *   - mark all memory queues empty
5956  *   - clear the memory bitmaps
5957  *
5958  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5959  */
5960 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5961 {
5962         enum zone_type j;
5963         int nid = pgdat->node_id;
5964         int ret;
5965
5966         pgdat_resize_init(pgdat);
5967 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5968         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5969         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5970         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5971 #endif
5972 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5973         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5974         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5975         pgdat->split_queue_len = 0;
5976 #endif
5977         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5978         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5979 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5980         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5981 #endif
5982         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5983         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5984         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5985
5986         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5987                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5988                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5989                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5990
5991                 size = zone->spanned_pages;
5992                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5993
5994                 /*
5995                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5996                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5997                  * and per-cpu initialisations
5998                  */
5999                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6000                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6001                         if (freesize >= memmap_pages) {
6002                                 freesize -= memmap_pages;
6003                                 if (memmap_pages)
6004                                         printk(KERN_DEBUG
6005                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6006                                                zone_names[j], memmap_pages);
6007                         } else
6008                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6009                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6010                 }
6011
6012                 /* Account for reserved pages */
6013                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6014                         freesize -= dma_reserve;
6015                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6016                                         zone_names[0], dma_reserve);
6017                 }
6018
6019                 if (!is_highmem_idx(j))
6020                         nr_kernel_pages += freesize;
6021                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6022                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6023                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6024                 nr_all_pages += freesize;
6025
6026                 /*
6027                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6028                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6029                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6030                  */
6031                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6032 #ifdef CONFIG_NUMA
6033                 zone->node = nid;
6034 #endif
6035                 zone->name = zone_names[j];
6036                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6037                 spin_lock_init(&zone->lock);
6038                 zone_seqlock_init(zone);
6039                 zone_pcp_init(zone);
6040
6041                 if (!size)
6042                         continue;
6043
6044                 set_pageblock_order();
6045                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6046                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6047                 BUG_ON(ret);
6048                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6049         }
6050 }
6051
6052 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6053 {
6054         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6055         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6056
6057         /* Skip empty nodes */
6058         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6059                 return;
6060
6061 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6062         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6063         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6064         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6065         if (!pgdat->node_mem_map) {
6066                 unsigned long size, end;
6067                 struct page *map;
6068
6069                 /*
6070                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6071                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6072                  * for the buddy allocator to function correctly.
6073                  */
6074                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6075                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6076                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6077                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6078                 if (!map)
6079                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6080                                                                pgdat->node_id);
6081                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6082         }
6083 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6084         /*
6085          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6086          */
6087         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6088                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6089 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6090                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6091                         mem_map -= offset;
6092 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6093         }
6094 #endif
6095 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6096 }
6097
6098 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6099                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6100 {
6101         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6102         unsigned long start_pfn = 0;
6103         unsigned long end_pfn = 0;
6104
6105         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6106         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6107
6108         reset_deferred_meminit(pgdat);
6109         pgdat->node_id = nid;
6110         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6111         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6112 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6113         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6114         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6115                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6116                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6117 #else
6118         start_pfn = node_start_pfn;
6119 #endif
6120         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6121                                   zones_size, zholes_size);
6122
6123         alloc_node_mem_map(pgdat);
6124 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6125         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6126                 nid, (unsigned long)pgdat,
6127                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6128 #endif
6129
6130         free_area_init_core(pgdat);
6131 }
6132
6133 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6134
6135 #if MAX_NUMNODES > 1
6136 /*
6137  * Figure out the number of possible node ids.
6138  */
6139 void __init setup_nr_node_ids(void)
6140 {
6141         unsigned int highest;
6142
6143         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6144         nr_node_ids = highest + 1;
6145 }
6146 #endif
6147
6148 /**
6149  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6150  *
6151  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6152  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6153  * all the nodes.
6154  *
6155  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6156  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6157  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6158  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6159  *
6160  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6161  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6162  * populated node map.
6163  *
6164  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6165  * requirement (single node).
6166  */
6167 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6168 {
6169         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6170         unsigned long start, end, mask;
6171         int last_nid = -1;
6172         int i, nid;
6173
6174         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6175                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6176                         last_nid = nid;
6177                         last_end = end;
6178                         continue;
6179                 }
6180
6181                 /*
6182                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6183                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6184                  * too coarse to separate the current node from the last.
6185                  */
6186                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6187                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6188                         mask <<= 1;
6189
6190                 /* accumulate all internode masks */
6191                 accl_mask |= mask;
6192         }
6193
6194         /* convert mask to number of pages */
6195         return ~accl_mask + 1;
6196 }
6197
6198 /* Find the lowest pfn for a node */
6199 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6200 {
6201         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6202         unsigned long start_pfn;
6203         int i;
6204
6205         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6206                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6207
6208         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6209                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6210                 return 0;
6211         }
6212
6213         return min_pfn;
6214 }
6215
6216 /**
6217  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6218  *
6219  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6220  * memblock_set_node().
6221  */
6222 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6223 {
6224         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6225 }
6226
6227 /*
6228  * early_calculate_totalpages()
6229  * Sum pages in active regions for movable zone.
6230  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6231  */
6232 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6233 {
6234         unsigned long totalpages = 0;
6235         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6236         int i, nid;
6237
6238         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6239                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6240
6241                 totalpages += pages;
6242                 if (pages)
6243                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6244         }
6245         return totalpages;
6246 }
6247
6248 /*
6249  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6250  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6251  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6252  * others
6253  */
6254 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6255 {
6256         int i, nid;
6257         unsigned long usable_startpfn;
6258         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6259         /* save the state before borrow the nodemask */
6260         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6261         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6262         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6263         struct memblock_region *r;
6264
6265         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6266         find_usable_zone_for_movable();
6267
6268         /*
6269          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6270          * options.
6271          */
6272         if (movable_node_is_enabled()) {
6273                 for_each_memblock(memory, r) {
6274                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6275                                 continue;
6276
6277                         nid = r->nid;
6278
6279                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6280                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6281                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6282                                 usable_startpfn;
6283                 }
6284
6285                 goto out2;
6286         }
6287
6288         /*
6289          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6290          */
6291         if (mirrored_kernelcore) {
6292                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6293
6294                 for_each_memblock(memory, r) {
6295                         if (memblock_is_mirror(r))
6296                                 continue;
6297
6298                         nid = r->nid;
6299
6300                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6301
6302                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6303                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6304                                 continue;
6305                         }
6306
6307                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6308                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6309                                 usable_startpfn;
6310                 }
6311
6312                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6313                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6314
6315                 goto out2;
6316         }
6317
6318         /*
6319          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6320          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6321          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6322          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6323          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6324          * what movablecore would have allowed.
6325          */
6326         if (required_movablecore) {
6327                 unsigned long corepages;
6328
6329                 /*
6330                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6331                  * was requested by the user
6332                  */
6333                 required_movablecore =
6334                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6335                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6336                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6337
6338                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6339         }
6340
6341         /*
6342          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6343          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6344          */
6345         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6346                 goto out;
6347
6348         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6349         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6350
6351 restart:
6352         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6353         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6354         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6355                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6356
6357                 /*
6358                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6359                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6360                  * amount of memory for the kernel
6361                  */
6362                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6363                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6364
6365                 /*
6366                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6367                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6368                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6369                  */
6370                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6371
6372                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6373                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6374                         unsigned long size_pages;
6375
6376                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6377                         if (start_pfn >= end_pfn)
6378                                 continue;
6379
6380                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6381                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6382                                 unsigned long kernel_pages;
6383                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6384                                                                 - start_pfn;
6385
6386                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6387                                                         kernelcore_remaining);
6388                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6389                                                         required_kernelcore);
6390
6391                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6392                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6393
6394                                         /*
6395                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6396                                          * that if we have to rebalance
6397                                          * kernelcore across nodes, we will
6398                                          * not double account here
6399                                          */
6400                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6401                                         continue;
6402                                 }
6403                                 start_pfn = usable_startpfn;
6404                         }
6405
6406                         /*
6407                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6408                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6409                          * number of pages used as kernelcore
6410                          */
6411                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6412                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6413                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6414                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6415
6416                         /*
6417                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6418                          * break if the kernelcore for this node has been
6419                          * satisfied
6420                          */
6421                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6422                                                                 size_pages);
6423                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6424                         if (!kernelcore_remaining)
6425                                 break;
6426                 }
6427         }
6428
6429         /*
6430          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6431          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6432          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6433          * satisfied
6434          */
6435         usable_nodes--;
6436         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6437                 goto restart;
6438
6439 out2:
6440         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6441         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6442                 zone_movable_pfn[nid] =
6443                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6444
6445 out:
6446         /* restore the node_state */
6447         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6448 }
6449
6450 /* Any regular or high memory on that node ? */
6451 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6452 {
6453         enum zone_type zone_type;
6454
6455         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6456                 return;
6457
6458         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6459                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6460                 if (populated_zone(zone)) {
6461                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6462                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6463                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6464                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6465                         break;
6466                 }
6467         }
6468 }
6469
6470 /**
6471  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6472  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6473  *
6474  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6475  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6476  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6477  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6478  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6479  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6480  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6481  * at arch_max_dma_pfn.
6482  */
6483 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6484 {
6485         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6486         int i, nid;
6487
6488         /* Record where the zone boundaries are */
6489         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6490                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6491         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6492                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6493
6494         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6495
6496         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6497                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6498                         continue;
6499
6500                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6501                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6502                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6503
6504                 start_pfn = end_pfn;
6505         }
6506         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6507         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6508
6509         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6510         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6511         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6512
6513         /* Print out the zone ranges */
6514         pr_info("Zone ranges:\n");
6515         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6516                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6517                         continue;
6518                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6519                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6520                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6521                         pr_cont("empty\n");
6522                 else
6523                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6524                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6525                                         << PAGE_SHIFT,
6526                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6527                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6528         }
6529
6530         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6531         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6532         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6533                 if (zone_movable_pfn[i])
6534                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6535                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6536         }
6537
6538         /* Print out the early node map */
6539         pr_info("Early memory node ranges\n");
6540         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6541                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6542                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6543                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6544
6545         /* Initialise every node */
6546         mminit_verify_pageflags_layout();
6547         setup_nr_node_ids();
6548         for_each_online_node(nid) {
6549                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6550                 free_area_init_node(nid, NULL,
6551                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6552
6553                 /* Any memory on that node */
6554                 if (pgdat->node_present_pages)
6555                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6556                 check_for_memory(pgdat, nid);
6557         }
6558 }
6559
6560 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6561 {
6562         unsigned long long coremem;
6563         if (!p)
6564                 return -EINVAL;
6565
6566         coremem = memparse(p, &p);
6567         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6568
6569         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6570         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6571
6572         return 0;
6573 }
6574
6575 /*
6576  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6577  * cannot be reclaimed or migrated.
6578  */
6579 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6580 {
6581         /* parse kernelcore=mirror */
6582         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6583                 mirrored_kernelcore = true;
6584                 return 0;
6585         }
6586
6587         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6588 }
6589
6590 /*
6591  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6592  * can be reclaimed or migrated.
6593  */
6594 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6595 {
6596         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6597 }
6598
6599 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6600 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6601
6602 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6603
6604 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6605 {
6606         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6607         page_zone(page)->managed_pages += count;
6608         totalram_pages += count;
6609 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6610         if (PageHighMem(page))
6611                 totalhigh_pages += count;
6612 #endif
6613         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6614 }
6615 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6616
6617 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6618 {
6619         void *pos;
6620         unsigned long pages = 0;
6621
6622         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6623         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6624         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6625                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6626                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6627                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6628         }
6629
6630         if (pages && s)
6631                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6632                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6633
6634         return pages;
6635 }
6636 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6637
6638 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6639 void free_highmem_page(struct page *page)
6640 {
6641         __free_reserved_page(page);
6642         totalram_pages++;
6643         page_zone(page)->managed_pages++;
6644         totalhigh_pages++;
6645 }
6646 #endif
6647
6648
6649 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6650 {
6651         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6652         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6653
6654         physpages = get_num_physpages();
6655         codesize = _etext - _stext;
6656         datasize = _edata - _sdata;
6657         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6658         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6659         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6660         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6661
6662         /*
6663          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6664          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6665          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6666          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6667          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6668          */
6669 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6670         do { \
6671                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6672                         size -= adj; \
6673         } while (0)
6674
6675         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6676                      _sinittext, init_code_size);
6677         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6678         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6679         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6680         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6681
6682 #undef  adj_init_size
6683
6684         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6685 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6686                 ", %luK highmem"
6687 #endif
6688                 "%s%s)\n",
6689                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6690                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6691                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6692                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6693                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6694                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6695 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6696                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6697 #endif
6698                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6699 }
6700
6701 /**
6702  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6703  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6704  *
6705  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6706  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6707  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6708  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6709  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6710  * smaller per-cpu batchsize.
6711  */
6712 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6713 {
6714         dma_reserve = new_dma_reserve;
6715 }
6716
6717 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6718 {
6719         free_area_init_node(0, zones_size,
6720                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6721 }
6722
6723 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6724 {
6725
6726         lru_add_drain_cpu(cpu);
6727         drain_pages(cpu);
6728
6729         /*
6730          * Spill the event counters of the dead processor
6731          * into the current processors event counters.
6732          * This artificially elevates the count of the current
6733          * processor.
6734          */
6735         vm_events_fold_cpu(cpu);
6736
6737         /*
6738          * Zero the differential counters of the dead processor
6739          * so that the vm statistics are consistent.
6740          *
6741          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6742          * race with what we are doing.
6743          */
6744         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6745         return 0;
6746 }
6747
6748 void __init page_alloc_init(void)
6749 {
6750         int ret;
6751
6752         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6753                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6754                                         page_alloc_cpu_dead);
6755         WARN_ON(ret < 0);
6756 }
6757
6758 /*
6759  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6760  *      or min_free_kbytes changes.
6761  */
6762 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6763 {
6764         struct pglist_data *pgdat;
6765         unsigned long reserve_pages = 0;
6766         enum zone_type i, j;
6767
6768         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6769
6770                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6771
6772                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6773                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6774                         long max = 0;
6775
6776                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6777                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6778                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6779                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6780                         }
6781
6782                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6783                         max += high_wmark_pages(zone);
6784
6785                         if (max > zone->managed_pages)
6786                                 max = zone->managed_pages;
6787
6788                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6789
6790                         reserve_pages += max;
6791                 }
6792         }
6793         totalreserve_pages = reserve_pages;
6794 }
6795
6796 /*
6797  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6798  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6799  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6800  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6801  */
6802 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6803 {
6804         struct pglist_data *pgdat;
6805         enum zone_type j, idx;
6806
6807         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6808                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6809                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6810                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6811
6812                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6813
6814                         idx = j;
6815                         while (idx) {
6816                                 struct zone *lower_zone;
6817
6818                                 idx--;
6819
6820                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6821                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6822
6823                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6824                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6825                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6826                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6827                         }
6828                 }
6829         }
6830
6831         /* update totalreserve_pages */
6832         calculate_totalreserve_pages();
6833 }
6834
6835 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6836 {
6837         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6838         unsigned long lowmem_pages = 0;
6839         struct zone *zone;
6840         unsigned long flags;
6841
6842         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6843         for_each_zone(zone) {
6844                 if (!is_highmem(zone))
6845                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6846         }
6847
6848         for_each_zone(zone) {
6849                 u64 tmp;
6850
6851                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6852                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6853                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6854                 if (is_highmem(zone)) {
6855                         /*
6856                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6857                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6858                          * value here.
6859                          *
6860                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6861                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6862                          * not be capped for highmem.
6863                          */
6864                         unsigned long min_pages;
6865
6866                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6867                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6868                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6869                 } else {
6870                         /*
6871                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6872                          * proportionate to the zone's size.
6873                          */
6874                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6875                 }
6876
6877                 /*
6878                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6879                  * scale factor in proportion to available memory, but
6880                  * ensure a minimum size on small systems.
6881                  */
6882                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6883                             mult_frac(zone->managed_pages,
6884                                       watermark_scale_factor, 10000));
6885
6886                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6887                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6888
6889                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6890         }
6891
6892         /* update totalreserve_pages */
6893         calculate_totalreserve_pages();
6894 }
6895
6896 /**
6897  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6898  * or when memory is hot-{added|removed}
6899  *
6900  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6901  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6902  */
6903 void setup_per_zone_wmarks(void)
6904 {
6905         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6906         __setup_per_zone_wmarks();
6907         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6908 }
6909
6910 /*
6911  * Initialise min_free_kbytes.
6912  *
6913  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6914  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6915  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6916  *
6917  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6918  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6919  *
6920  * which yields
6921  *
6922  * 16MB:        512k
6923  * 32MB:        724k
6924  * 64MB:        1024k
6925  * 128MB:       1448k
6926  * 256MB:       2048k
6927  * 512MB:       2896k
6928  * 1024MB:      4096k
6929  * 2048MB:      5792k
6930  * 4096MB:      8192k
6931  * 8192MB:      11584k
6932  * 16384MB:     16384k
6933  */
6934 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6935 {
6936         unsigned long lowmem_kbytes;
6937         int new_min_free_kbytes;
6938
6939         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6940         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6941
6942         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6943                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6944                 if (min_free_kbytes < 128)
6945                         min_free_kbytes = 128;
6946                 if (min_free_kbytes > 65536)
6947                         min_free_kbytes = 65536;
6948         } else {
6949                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6950                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6951         }
6952         setup_per_zone_wmarks();
6953         refresh_zone_stat_thresholds();
6954         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6955
6956 #ifdef CONFIG_NUMA
6957         setup_min_unmapped_ratio();
6958         setup_min_slab_ratio();
6959 #endif
6960
6961         return 0;
6962 }
6963 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6964
6965 /*
6966  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6967  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6968  *      changes.
6969  */
6970 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6971         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6972 {
6973         int rc;
6974
6975         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6976         if (rc)
6977                 return rc;
6978
6979         if (write) {
6980                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6981                 setup_per_zone_wmarks();
6982         }
6983         return 0;
6984 }
6985
6986 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6987         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6988 {
6989         int rc;
6990
6991         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6992         if (rc)
6993                 return rc;
6994
6995         if (write)
6996                 setup_per_zone_wmarks();
6997
6998         return 0;
6999 }
7000
7001 #ifdef CONFIG_NUMA
7002 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7003 {
7004         pg_data_t *pgdat;
7005         struct zone *zone;
7006
7007         for_each_online_pgdat(pgdat)
7008                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7009
7010         for_each_zone(zone)
7011                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7012                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7013 }
7014
7015
7016 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7017         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7018 {
7019         int rc;
7020
7021         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7022         if (rc)
7023                 return rc;
7024
7025         setup_min_unmapped_ratio();
7026
7027         return 0;
7028 }
7029
7030 static void setup_min_slab_ratio(void)
7031 {
7032         pg_data_t *pgdat;
7033         struct zone *zone;
7034
7035         for_each_online_pgdat(pgdat)
7036                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7037
7038         for_each_zone(zone)
7039                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7040                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7041 }
7042
7043 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7044         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7045 {
7046         int rc;
7047
7048         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7049         if (rc)
7050                 return rc;
7051
7052         setup_min_slab_ratio();
7053
7054         return 0;
7055 }
7056 #endif
7057
7058 /*
7059  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7060  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7061  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7062  *
7063  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7064  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7065  * if in function of the boot time zone sizes.
7066  */
7067 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7068         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7069 {
7070         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7071         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7072         return 0;
7073 }
7074
7075 /*
7076  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7077  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7078  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7079  */
7080 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7081         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7082 {
7083         struct zone *zone;
7084         int old_percpu_pagelist_fraction;
7085         int ret;
7086
7087         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7088         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7089
7090         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7091         if (!write || ret < 0)
7092                 goto out;
7093
7094         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7095         if (percpu_pagelist_fraction &&
7096             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7097                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7098                 ret = -EINVAL;
7099                 goto out;
7100         }
7101
7102         /* No change? */
7103         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7104                 goto out;
7105
7106         for_each_populated_zone(zone) {
7107                 unsigned int cpu;
7108
7109                 for_each_possible_cpu(cpu)
7110                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7111                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7112         }
7113 out:
7114         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7115         return ret;
7116 }
7117
7118 #ifdef CONFIG_NUMA
7119 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7120
7121 static int __init set_hashdist(char *str)
7122 {
7123         if (!str)
7124                 return 0;
7125         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7126         return 1;
7127 }
7128 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7129 #endif
7130
7131 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7132 /*
7133  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7134  * is not known to alloc_large_system_hash().
7135  */
7136 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7137 {
7138         return 0;
7139 }
7140 #endif
7141
7142 /*
7143  * allocate a large system hash table from bootmem
7144  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7145  *   quantity of entries
7146  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7147  */
7148 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7149                                      unsigned long bucketsize,
7150                                      unsigned long numentries,
7151                                      int scale,
7152                                      int flags,
7153                                      unsigned int *_hash_shift,
7154                                      unsigned int *_hash_mask,
7155                                      unsigned long low_limit,
7156                                      unsigned long high_limit)
7157 {
7158         unsigned long long max = high_limit;
7159         unsigned long log2qty, size;
7160         void *table = NULL;
7161
7162         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7163         if (!numentries) {
7164                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7165                 numentries = nr_kernel_pages;
7166                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7167
7168                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7169                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7170                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7171
7172                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7173                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7174                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7175                 else
7176                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7177
7178                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7179                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7180                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7181                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7182                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7183                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7184                                 BUG_ON(!numentries);
7185                         }
7186                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7187                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7188         }
7189         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7190
7191         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7192         if (max == 0) {
7193                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7194                 do_div(max, bucketsize);
7195         }
7196         max = min(max, 0x80000000ULL);
7197
7198         if (numentries < low_limit)
7199                 numentries = low_limit;
7200         if (numentries > max)
7201                 numentries = max;
7202
7203         log2qty = ilog2(numentries);
7204
7205         do {
7206                 size = bucketsize << log2qty;
7207                 if (flags & HASH_EARLY)
7208                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7209                 else if (hashdist)
7210                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7211                 else {
7212                         /*
7213                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7214                          * some pages at the end of hash table which
7215                          * alloc_pages_exact() automatically does
7216                          */
7217                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7218                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7219                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7220                         }
7221                 }
7222         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7223
7224         if (!table)
7225                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7226
7227         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7228                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7229
7230         if (_hash_shift)
7231                 *_hash_shift = log2qty;
7232         if (_hash_mask)
7233                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7234
7235         return table;
7236 }
7237
7238 /*
7239  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7240  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7241  *
7242  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7243  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7244  * expect this function should be exact.
7245  */
7246 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7247                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7248 {
7249         unsigned long pfn, iter, found;
7250         int mt;
7251
7252         /*
7253          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7254          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7255          */
7256         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7257                 return false;
7258         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7259         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7260                 return false;
7261
7262         pfn = page_to_pfn(page);
7263         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7264                 unsigned long check = pfn + iter;
7265
7266                 if (!pfn_valid_within(check))
7267                         continue;
7268
7269                 page = pfn_to_page(check);
7270
7271                 /*
7272                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7273                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7274                  * handle each tail page individually in migration.
7275                  */
7276                 if (PageHuge(page)) {
7277                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7278                         continue;
7279                 }
7280
7281                 /*
7282                  * We can't use page_count without pin a page
7283                  * because another CPU can free compound page.
7284                  * This check already skips compound tails of THP
7285                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7286                  */
7287                 if (!page_ref_count(page)) {
7288                         if (PageBuddy(page))
7289                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7290                         continue;
7291                 }
7292
7293                 /*
7294                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7295                  * page_count() is not 0.
7296                  */
7297                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7298                         continue;
7299
7300                 if (!PageLRU(page))
7301                         found++;
7302                 /*
7303                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7304                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7305                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7306                  */
7307                 /*
7308                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7309                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7310                  *
7311                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7312                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7313                  * page at boot.
7314                  */
7315                 if (found > count)
7316                         return true;
7317         }
7318         return false;
7319 }
7320
7321 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7322 {
7323         struct zone *zone;
7324         unsigned long pfn;
7325
7326         /*
7327          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7328          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7329          * the zone but still within the section.
7330          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7331          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7332          */
7333         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7334                 return false;
7335
7336         zone = page_zone(page);
7337         pfn = page_to_pfn(page);
7338         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7339                 return false;
7340
7341         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7342 }
7343
7344 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7345
7346 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7347 {
7348         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7349                              pageblock_nr_pages) - 1);
7350 }
7351
7352 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7353 {
7354         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7355                                 pageblock_nr_pages));
7356 }
7357
7358 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7359 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7360                                         unsigned long start, unsigned long end)
7361 {
7362         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7363         unsigned long nr_reclaimed;
7364         unsigned long pfn = start;
7365         unsigned int tries = 0;
7366         int ret = 0;
7367
7368         migrate_prep();
7369
7370         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7371                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7372                         ret = -EINTR;
7373                         break;
7374                 }
7375
7376                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7377                         cc->nr_migratepages = 0;
7378                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7379                         if (!pfn) {
7380                                 ret = -EINTR;
7381                                 break;
7382                         }
7383                         tries = 0;
7384                 } else if (++tries == 5) {
7385                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7386                         break;
7387                 }
7388
7389                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7390                                                         &cc->migratepages);
7391                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7392
7393                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7394                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7395         }
7396         if (ret < 0) {
7397                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7398                 return ret;
7399         }
7400         return 0;
7401 }
7402
7403 /**
7404  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7405  * @start:      start PFN to allocate
7406  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7407  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7408  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7409  *                      in range must have the same migratetype and it must
7410  *                      be either of the two.
7411  *
7412  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7413  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7414  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7415  * pages fall in.
7416  *
7417  * The PFN range must belong to a single zone.
7418  *
7419  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7420  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7421  * need to be freed with free_contig_range().
7422  */
7423 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7424                        unsigned migratetype)
7425 {
7426         unsigned long outer_start, outer_end;
7427         unsigned int order;
7428         int ret = 0;
7429
7430         struct compact_control cc = {
7431                 .nr_migratepages = 0,
7432                 .order = -1,
7433                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7434                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7435                 .ignore_skip_hint = true,
7436                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
7437         };
7438         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7439
7440         /*
7441          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7442          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7443          * have different sizes, and due to the way page allocator
7444          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7445          * that page allocator won't try to merge buddies from
7446          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7447          * other migration type.
7448          *
7449          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7450          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7451          * we are interested in).  This will put all the pages in
7452          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7453          *
7454          * When this is done, we take the pages in range from page
7455          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7456          * page allocator will never consider using them.
7457          *
7458          * This lets us mark the pageblocks back as
7459          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7460          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7461          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7462          */
7463
7464         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7465                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7466                                        false);
7467         if (ret)
7468                 return ret;
7469
7470         /*
7471          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7472          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7473          */
7474         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7475         if (ret && ret != -EBUSY)
7476                 goto done;
7477
7478         /*
7479          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7480          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7481          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7482          * What we are going to do is to allocate all pages from
7483          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7484          *
7485          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7486          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7487          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7488          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7489          * once this is done free the pages we are not interested in.
7490          *
7491          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7492          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7493          */
7494
7495         lru_add_drain_all();
7496         drain_all_pages(cc.zone);
7497
7498         order = 0;
7499         outer_start = start;
7500         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7501                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7502                         outer_start = start;
7503                         break;
7504                 }
7505                 outer_start &= ~0UL << order;
7506         }
7507
7508         if (outer_start != start) {
7509                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7510
7511                 /*
7512                  * outer_start page could be small order buddy page and
7513                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7514                  * in this case to report failed page properly
7515                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7516                  */
7517                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7518                         outer_start = start;
7519         }
7520
7521         /* Make sure the range is really isolated. */
7522         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7523                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7524                         __func__, outer_start, end);
7525                 ret = -EBUSY;
7526                 goto done;
7527         }
7528
7529         /* Grab isolated pages from freelists. */
7530         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7531         if (!outer_end) {
7532                 ret = -EBUSY;
7533                 goto done;
7534         }
7535
7536         /* Free head and tail (if any) */
7537         if (start != outer_start)
7538                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7539         if (end != outer_end)
7540                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7541
7542 done:
7543         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7544                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7545         return ret;
7546 }
7547
7548 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7549 {
7550         unsigned int count = 0;
7551
7552         for (; nr_pages--; pfn++) {
7553                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7554
7555                 count += page_count(page) != 1;
7556                 __free_page(page);
7557         }
7558         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7559 }
7560 #endif
7561
7562 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7563 /*
7564  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7565  * page high values need to be recalulated.
7566  */
7567 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7568 {
7569         unsigned cpu;
7570         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7571         for_each_possible_cpu(cpu)
7572                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7573                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7574         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7575 }
7576 #endif
7577
7578 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7579 {
7580         unsigned long flags;
7581         int cpu;
7582         struct per_cpu_pageset *pset;
7583
7584         /* avoid races with drain_pages()  */
7585         local_irq_save(flags);
7586         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7587                 for_each_online_cpu(cpu) {
7588                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7589                         drain_zonestat(zone, pset);
7590                 }
7591                 free_percpu(zone->pageset);
7592                 zone->pageset = &boot_pageset;
7593         }
7594         local_irq_restore(flags);
7595 }
7596
7597 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7598 /*
7599  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7600  * before calling this.
7601  */
7602 void
7603 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7604 {
7605         struct page *page;
7606         struct zone *zone;
7607         unsigned int order, i;
7608         unsigned long pfn;
7609         unsigned long flags;
7610         /* find the first valid pfn */
7611         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7612                 if (pfn_valid(pfn))
7613                         break;
7614         if (pfn == end_pfn)
7615                 return;
7616         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7617         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7618         pfn = start_pfn;
7619         while (pfn < end_pfn) {
7620                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7621                         pfn++;
7622                         continue;
7623                 }
7624                 page = pfn_to_page(pfn);
7625                 /*
7626                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7627                  * page_count() is not 0.
7628                  */
7629                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7630                         pfn++;
7631                         SetPageReserved(page);
7632                         continue;
7633                 }
7634
7635                 BUG_ON(page_count(page));
7636                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7637                 order = page_order(page);
7638 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7639                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7640                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7641 #endif
7642                 list_del(&page->lru);
7643                 rmv_page_order(page);
7644                 zone->free_area[order].nr_free--;
7645                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7646                         SetPageReserved((page+i));
7647                 pfn += (1 << order);
7648         }
7649         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7650 }
7651 #endif
7652
7653 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7654 {
7655         struct zone *zone = page_zone(page);
7656         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7657         unsigned long flags;
7658         unsigned int order;
7659
7660         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7661         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7662                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7663
7664                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7665                         break;
7666         }
7667         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7668
7669         return order < MAX_ORDER;
7670 }