]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, page_alloc: remove redundant checks from alloc fastpath
[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         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3919                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3920
3921         return true;
3922 }
3923
3924 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3925 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3926                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3927 {
3928         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3929         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3930
3931         /*
3932          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3933          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3934          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3935          */
3936         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3937                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3938 }
3939
3940 /*
3941  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3942  */
3943 struct page *
3944 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3945                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3946 {
3947         struct page *page;
3948         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3949         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3950         struct alloc_context ac = { };
3951
3952         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3953         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3954                 return NULL;
3955
3956         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3957
3958         /* First allocation attempt */
3959         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3960         if (likely(page))
3961                 goto out;
3962
3963         /*
3964          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3965          * because I/O on the device might not complete.
3966          */
3967         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3968         ac.spread_dirty_pages = false;
3969
3970         /*
3971          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3972          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3973          */
3974         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3975                 ac.nodemask = nodemask;
3976
3977         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3978
3979 out:
3980         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3981             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3982                 __free_pages(page, order);
3983                 page = NULL;
3984         }
3985
3986         if (kmemcheck_enabled && page)
3987                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3988
3989         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3990
3991         return page;
3992 }
3993 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3994
3995 /*
3996  * Common helper functions.
3997  */
3998 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3999 {
4000         struct page *page;
4001
4002         /*
4003          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4004          * a highmem page
4005          */
4006         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4007
4008         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4009         if (!page)
4010                 return 0;
4011         return (unsigned long) page_address(page);
4012 }
4013 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4014
4015 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4016 {
4017         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4018 }
4019 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4020
4021 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4022 {
4023         if (put_page_testzero(page)) {
4024                 if (order == 0)
4025                         free_hot_cold_page(page, false);
4026                 else
4027                         __free_pages_ok(page, order);
4028         }
4029 }
4030
4031 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4032
4033 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4034 {
4035         if (addr != 0) {
4036                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4037                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4038         }
4039 }
4040
4041 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4042
4043 /*
4044  * Page Fragment:
4045  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4046  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4047  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4048  *
4049  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4050  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4051  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4052  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4053  */
4054 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4055                                              gfp_t gfp_mask)
4056 {
4057         struct page *page = NULL;
4058         gfp_t gfp = gfp_mask;
4059
4060 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4061         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4062                     __GFP_NOMEMALLOC;
4063         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4064                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4065         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4066 #endif
4067         if (unlikely(!page))
4068                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4069
4070         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4071
4072         return page;
4073 }
4074
4075 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4076 {
4077         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4078
4079         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4080                 unsigned int order = compound_order(page);
4081
4082                 if (order == 0)
4083                         free_hot_cold_page(page, false);
4084                 else
4085                         __free_pages_ok(page, order);
4086         }
4087 }
4088 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4089
4090 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4091                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4092 {
4093         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4094         struct page *page;
4095         int offset;
4096
4097         if (unlikely(!nc->va)) {
4098 refill:
4099                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4100                 if (!page)
4101                         return NULL;
4102
4103 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4104                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4105                 size = nc->size;
4106 #endif
4107                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4108                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4109                  */
4110                 page_ref_add(page, size - 1);
4111
4112                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4113                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4114                 nc->pagecnt_bias = size;
4115                 nc->offset = size;
4116         }
4117
4118         offset = nc->offset - fragsz;
4119         if (unlikely(offset < 0)) {
4120                 page = virt_to_page(nc->va);
4121
4122                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4123                         goto refill;
4124
4125 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4126                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4127                 size = nc->size;
4128 #endif
4129                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4130                 set_page_count(page, size);
4131
4132                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4133                 nc->pagecnt_bias = size;
4134                 offset = size - fragsz;
4135         }
4136
4137         nc->pagecnt_bias--;
4138         nc->offset = offset;
4139
4140         return nc->va + offset;
4141 }
4142 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4143
4144 /*
4145  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4146  */
4147 void page_frag_free(void *addr)
4148 {
4149         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4150
4151         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4152                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4153 }
4154 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4155
4156 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4157                 size_t size)
4158 {
4159         if (addr) {
4160                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4161                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4162
4163                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4164                 while (used < alloc_end) {
4165                         free_page(used);
4166                         used += PAGE_SIZE;
4167                 }
4168         }
4169         return (void *)addr;
4170 }
4171
4172 /**
4173  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4174  * @size: the number of bytes to allocate
4175  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4176  *
4177  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4178  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4179  * allocate memory in power-of-two pages.
4180  *
4181  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4182  *
4183  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4184  */
4185 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4186 {
4187         unsigned int order = get_order(size);
4188         unsigned long addr;
4189
4190         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4191         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4192 }
4193 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4194
4195 /**
4196  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4197  *                         pages on a node.
4198  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4199  * @size: the number of bytes to allocate
4200  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4201  *
4202  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4203  * back.
4204  */
4205 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4206 {
4207         unsigned int order = get_order(size);
4208         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4209         if (!p)
4210                 return NULL;
4211         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4212 }
4213
4214 /**
4215  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4216  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4217  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4218  *
4219  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4220  */
4221 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4222 {
4223         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4224         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4225
4226         while (addr < end) {
4227                 free_page(addr);
4228                 addr += PAGE_SIZE;
4229         }
4230 }
4231 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4232
4233 /**
4234  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4235  * @offset: The zone index of the highest zone
4236  *
4237  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4238  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4239  * zone, the number of pages is calculated as:
4240  *     managed_pages - high_pages
4241  */
4242 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4243 {
4244         struct zoneref *z;
4245         struct zone *zone;
4246
4247         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4248         unsigned long sum = 0;
4249
4250         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4251
4252         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4253                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4254                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4255                 if (size > high)
4256                         sum += size - high;
4257         }
4258
4259         return sum;
4260 }
4261
4262 /**
4263  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4264  *
4265  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4266  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4267  */
4268 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4269 {
4270         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4271 }
4272 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4273
4274 /**
4275  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4276  *
4277  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4278  * high watermark within all zones.
4279  */
4280 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4281 {
4282         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4283 }
4284
4285 static inline void show_node(struct zone *zone)
4286 {
4287         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4288                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4289 }
4290
4291 long si_mem_available(void)
4292 {
4293         long available;
4294         unsigned long pagecache;
4295         unsigned long wmark_low = 0;
4296         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4297         struct zone *zone;
4298         int lru;
4299
4300         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4301                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4302
4303         for_each_zone(zone)
4304                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4305
4306         /*
4307          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4308          * without causing swapping.
4309          */
4310         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4311
4312         /*
4313          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4314          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4315          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4316          */
4317         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4318         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4319         available += pagecache;
4320
4321         /*
4322          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4323          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4324          */
4325         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4326                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4327
4328         if (available < 0)
4329                 available = 0;
4330         return available;
4331 }
4332 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4333
4334 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4335 {
4336         val->totalram = totalram_pages;
4337         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4338         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4339         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4340         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4341         val->freehigh = nr_free_highpages();
4342         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4343 }
4344
4345 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4346
4347 #ifdef CONFIG_NUMA
4348 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4349 {
4350         int zone_type;          /* needs to be signed */
4351         unsigned long managed_pages = 0;
4352         unsigned long managed_highpages = 0;
4353         unsigned long free_highpages = 0;
4354         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4355
4356         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4357                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4358         val->totalram = managed_pages;
4359         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4360         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4361 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4362         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4363                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4364
4365                 if (is_highmem(zone)) {
4366                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4367                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4368                 }
4369         }
4370         val->totalhigh = managed_highpages;
4371         val->freehigh = free_highpages;
4372 #else
4373         val->totalhigh = managed_highpages;
4374         val->freehigh = free_highpages;
4375 #endif
4376         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4377 }
4378 #endif
4379
4380 /*
4381  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4382  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4383  */
4384 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4385 {
4386         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4387                 return false;
4388
4389         /*
4390          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4391          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4392          * have to be precise here.
4393          */
4394         if (!nodemask)
4395                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4396
4397         return !node_isset(nid, *nodemask);
4398 }
4399
4400 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4401
4402 static void show_migration_types(unsigned char type)
4403 {
4404         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4405                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4406                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4407                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4408                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4409 #ifdef CONFIG_CMA
4410                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4411 #endif
4412 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4413                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4414 #endif
4415         };
4416         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4417         char *p = tmp;
4418         int i;
4419
4420         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4421                 if (type & (1 << i))
4422                         *p++ = types[i];
4423         }
4424
4425         *p = '\0';
4426         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4427 }
4428
4429 /*
4430  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4431  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4432  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4433  *
4434  * Bits in @filter:
4435  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4436  *   cpuset.
4437  */
4438 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4439 {
4440         unsigned long free_pcp = 0;
4441         int cpu;
4442         struct zone *zone;
4443         pg_data_t *pgdat;
4444
4445         for_each_populated_zone(zone) {
4446                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4447                         continue;
4448
4449                 for_each_online_cpu(cpu)
4450                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4451         }
4452
4453         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4454                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4455                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4456                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4457                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4458                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4459                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4460                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4461                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4462                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4463                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4464                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4465                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4466                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4467                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4468                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4469                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4470                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4471                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4472                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4473                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4474                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4475                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4476                 free_pcp,
4477                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4478
4479         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4480                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4481                         continue;
4482
4483                 printk("Node %d"
4484                         " active_anon:%lukB"
4485                         " inactive_anon:%lukB"
4486                         " active_file:%lukB"
4487                         " inactive_file:%lukB"
4488                         " unevictable:%lukB"
4489                         " isolated(anon):%lukB"
4490                         " isolated(file):%lukB"
4491                         " mapped:%lukB"
4492                         " dirty:%lukB"
4493                         " writeback:%lukB"
4494                         " shmem:%lukB"
4495 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4496                         " shmem_thp: %lukB"
4497                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4498                         " anon_thp: %lukB"
4499 #endif
4500                         " writeback_tmp:%lukB"
4501                         " unstable:%lukB"
4502                         " pages_scanned:%lu"
4503                         " all_unreclaimable? %s"
4504                         "\n",
4505                         pgdat->node_id,
4506                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4507                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4508                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4509                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4510                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4511                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4512                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4513                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4514                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4515                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4516 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4517                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4518                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4519                                         * HPAGE_PMD_NR),
4520                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4521 #endif
4522                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4523                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4524                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4525                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4526                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4527         }
4528
4529         for_each_populated_zone(zone) {
4530                 int i;
4531
4532                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4533                         continue;
4534
4535                 free_pcp = 0;
4536                 for_each_online_cpu(cpu)
4537                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4538
4539                 show_node(zone);
4540                 printk(KERN_CONT
4541                         "%s"
4542                         " free:%lukB"
4543                         " min:%lukB"
4544                         " low:%lukB"
4545                         " high:%lukB"
4546                         " active_anon:%lukB"
4547                         " inactive_anon:%lukB"
4548                         " active_file:%lukB"
4549                         " inactive_file:%lukB"
4550                         " unevictable:%lukB"
4551                         " writepending:%lukB"
4552                         " present:%lukB"
4553                         " managed:%lukB"
4554                         " mlocked:%lukB"
4555                         " slab_reclaimable:%lukB"
4556                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4557                         " kernel_stack:%lukB"
4558                         " pagetables:%lukB"
4559                         " bounce:%lukB"
4560                         " free_pcp:%lukB"
4561                         " local_pcp:%ukB"
4562                         " free_cma:%lukB"
4563                         "\n",
4564                         zone->name,
4565                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4566                         K(min_wmark_pages(zone)),
4567                         K(low_wmark_pages(zone)),
4568                         K(high_wmark_pages(zone)),
4569                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4570                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4571                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4572                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4573                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4574                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4575                         K(zone->present_pages),
4576                         K(zone->managed_pages),
4577                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4578                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4579                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4580                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4581                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4582                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4583                         K(free_pcp),
4584                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4585                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4586                 printk("lowmem_reserve[]:");
4587                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4588                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4589                 printk(KERN_CONT "\n");
4590         }
4591
4592         for_each_populated_zone(zone) {
4593                 unsigned int order;
4594                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4595                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4596
4597                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4598                         continue;
4599                 show_node(zone);
4600                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4601
4602                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4603                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4604                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4605                         int type;
4606
4607                         nr[order] = area->nr_free;
4608                         total += nr[order] << order;
4609
4610                         types[order] = 0;
4611                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4612                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4613                                         types[order] |= 1 << type;
4614                         }
4615                 }
4616                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4617                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4618                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4619                                nr[order], K(1UL) << order);
4620                         if (nr[order])
4621                                 show_migration_types(types[order]);
4622                 }
4623                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4624         }
4625
4626         hugetlb_show_meminfo();
4627
4628         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4629
4630         show_swap_cache_info();
4631 }
4632
4633 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4634 {
4635         zoneref->zone = zone;
4636         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4637 }
4638
4639 /*
4640  * Builds allocation fallback zone lists.
4641  *
4642  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4643  */
4644 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4645                                 int nr_zones)
4646 {
4647         struct zone *zone;
4648         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4649
4650         do {
4651                 zone_type--;
4652                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4653                 if (managed_zone(zone)) {
4654                         zoneref_set_zone(zone,
4655                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4656                         check_highest_zone(zone_type);
4657                 }
4658         } while (zone_type);
4659
4660         return nr_zones;
4661 }
4662
4663
4664 /*
4665  *  zonelist_order:
4666  *  0 = automatic detection of better ordering.
4667  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4668  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4669  *
4670  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4671  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4672  */
4673 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4674 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4675 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4676
4677 /* zonelist order in the kernel.
4678  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4679  */
4680 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4681 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4682
4683
4684 #ifdef CONFIG_NUMA
4685 /* The value user specified ....changed by config */
4686 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4687 /* string for sysctl */
4688 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4689 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4690
4691 /*
4692  * interface for configure zonelist ordering.
4693  * command line option "numa_zonelist_order"
4694  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4695  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4696  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4697  */
4698
4699 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4700 {
4701         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4702                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4703         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4704                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4705         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4706                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4707         } else {
4708                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4709                 return -EINVAL;
4710         }
4711         return 0;
4712 }
4713
4714 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4715 {
4716         int ret;
4717
4718         if (!s)
4719                 return 0;
4720
4721         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4722         if (ret == 0)
4723                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4724
4725         return ret;
4726 }
4727 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4728
4729 /*
4730  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4731  */
4732 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4733                 void __user *buffer, size_t *length,
4734                 loff_t *ppos)
4735 {
4736         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4737         int ret;
4738         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4739
4740         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4741         if (write) {
4742                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4743                         ret = -EINVAL;
4744                         goto out;
4745                 }
4746                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4747         }
4748         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4749         if (ret)
4750                 goto out;
4751         if (write) {
4752                 int oldval = user_zonelist_order;
4753
4754                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4755                 if (ret) {
4756                         /*
4757                          * bogus value.  restore saved string
4758                          */
4759                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4760                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4761                         user_zonelist_order = oldval;
4762                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4763                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4764                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4765                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4766                 }
4767         }
4768 out:
4769         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4770         return ret;
4771 }
4772
4773
4774 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4775 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4776
4777 /**
4778  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4779  * @node: node whose fallback list we're appending
4780  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4781  *
4782  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4783  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4784  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4785  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4786  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4787  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4788  * on them otherwise.
4789  * It returns -1 if no node is found.
4790  */
4791 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4792 {
4793         int n, val;
4794         int min_val = INT_MAX;
4795         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4796         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4797
4798         /* Use the local node if we haven't already */
4799         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4800                 node_set(node, *used_node_mask);
4801                 return node;
4802         }
4803
4804         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4805
4806                 /* Don't want a node to appear more than once */
4807                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4808                         continue;
4809
4810                 /* Use the distance array to find the distance */
4811                 val = node_distance(node, n);
4812
4813                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4814                 val += (n < node);
4815
4816                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4817                 tmp = cpumask_of_node(n);
4818                 if (!cpumask_empty(tmp))
4819                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4820
4821                 /* Slight preference for less loaded node */
4822                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4823                 val += node_load[n];
4824
4825                 if (val < min_val) {
4826                         min_val = val;
4827                         best_node = n;
4828                 }
4829         }
4830
4831         if (best_node >= 0)
4832                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4833
4834         return best_node;
4835 }
4836
4837
4838 /*
4839  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4840  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4841  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4842  */
4843 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4844 {
4845         int j;
4846         struct zonelist *zonelist;
4847
4848         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4849         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4850                 ;
4851         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4852         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4853         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4854 }
4855
4856 /*
4857  * Build gfp_thisnode zonelists
4858  */
4859 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4860 {
4861         int j;
4862         struct zonelist *zonelist;
4863
4864         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4865         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4866         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4867         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4868 }
4869
4870 /*
4871  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4872  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4873  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4874  * may still exist in local DMA zone.
4875  */
4876 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4877
4878 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4879 {
4880         int pos, j, node;
4881         int zone_type;          /* needs to be signed */
4882         struct zone *z;
4883         struct zonelist *zonelist;
4884
4885         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4886         pos = 0;
4887         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4888                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4889                         node = node_order[j];
4890                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4891                         if (managed_zone(z)) {
4892                                 zoneref_set_zone(z,
4893                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4894                                 check_highest_zone(zone_type);
4895                         }
4896                 }
4897         }
4898         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4899         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4900 }
4901
4902 #if defined(CONFIG_64BIT)
4903 /*
4904  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4905  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4906  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4907  */
4908 static int default_zonelist_order(void)
4909 {
4910         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4911 }
4912 #else
4913 /*
4914  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4915  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4916  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4917  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4918  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4919  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4920  */
4921 static int default_zonelist_order(void)
4922 {
4923         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4924 }
4925 #endif /* CONFIG_64BIT */
4926
4927 static void set_zonelist_order(void)
4928 {
4929         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4930                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4931         else
4932                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4933 }
4934
4935 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4936 {
4937         int i, node, load;
4938         nodemask_t used_mask;
4939         int local_node, prev_node;
4940         struct zonelist *zonelist;
4941         unsigned int order = current_zonelist_order;
4942
4943         /* initialize zonelists */
4944         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4945                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4946                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4947                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4948         }
4949
4950         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4951         local_node = pgdat->node_id;
4952         load = nr_online_nodes;
4953         prev_node = local_node;
4954         nodes_clear(used_mask);
4955
4956         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4957         i = 0;
4958
4959         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4960                 /*
4961                  * We don't want to pressure a particular node.
4962                  * So adding penalty to the first node in same
4963                  * distance group to make it round-robin.
4964                  */
4965                 if (node_distance(local_node, node) !=
4966                     node_distance(local_node, prev_node))
4967                         node_load[node] = load;
4968
4969                 prev_node = node;
4970                 load--;
4971                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4972                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4973                 else
4974                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4975         }
4976
4977         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4978                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4979                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4980         }
4981
4982         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4983 }
4984
4985 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4986 /*
4987  * Return node id of node used for "local" allocations.
4988  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4989  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4990  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4991  */
4992 int local_memory_node(int node)
4993 {
4994         struct zoneref *z;
4995
4996         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4997                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4998                                    NULL);
4999         return z->zone->node;
5000 }
5001 #endif
5002
5003 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5004 static void setup_min_slab_ratio(void);
5005 #else   /* CONFIG_NUMA */
5006
5007 static void set_zonelist_order(void)
5008 {
5009         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5010 }
5011
5012 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5013 {
5014         int node, local_node;
5015         enum zone_type j;
5016         struct zonelist *zonelist;
5017
5018         local_node = pgdat->node_id;
5019
5020         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5021         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5022
5023         /*
5024          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5025          * of all the other nodes.
5026          * We don't want to pressure a particular node, so when
5027          * building the zones for node N, we make sure that the
5028          * zones coming right after the local ones are those from
5029          * node N+1 (modulo N)
5030          */
5031         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5032                 if (!node_online(node))
5033                         continue;
5034                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5035         }
5036         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5037                 if (!node_online(node))
5038                         continue;
5039                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5040         }
5041
5042         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5043         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5044 }
5045
5046 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5047
5048 /*
5049  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5050  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5051  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5052  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5053  * with interrupts disabled.
5054  *
5055  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5056  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5057  * hotplugged processors.
5058  *
5059  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5060  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5061  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5062  */
5063 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5064 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5065 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5066
5067 /*
5068  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5069  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5070  */
5071 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5072
5073 /* return values int ....just for stop_machine() */
5074 static int __build_all_zonelists(void *data)
5075 {
5076         int nid;
5077         int cpu;
5078         pg_data_t *self = data;
5079
5080 #ifdef CONFIG_NUMA
5081         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5082 #endif
5083
5084         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5085                 build_zonelists(self);
5086         }
5087
5088         for_each_online_node(nid) {
5089                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5090
5091                 build_zonelists(pgdat);
5092         }
5093
5094         /*
5095          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5096          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5097          * each zone will be allocated later when the per cpu
5098          * allocator is available.
5099          *
5100          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5101          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5102          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5103          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5104          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5105          * (a chicken-egg dilemma).
5106          */
5107         for_each_possible_cpu(cpu) {
5108                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5109
5110 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5111                 /*
5112                  * We now know the "local memory node" for each node--
5113                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5114                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5115                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5116                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5117                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5118                  */
5119                 if (cpu_online(cpu))
5120                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5121 #endif
5122         }
5123
5124         return 0;
5125 }
5126
5127 static noinline void __init
5128 build_all_zonelists_init(void)
5129 {
5130         __build_all_zonelists(NULL);
5131         mminit_verify_zonelist();
5132         cpuset_init_current_mems_allowed();
5133 }
5134
5135 /*
5136  * Called with zonelists_mutex held always
5137  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5138  *
5139  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5140  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5141  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5142  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5143  */
5144 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5145 {
5146         set_zonelist_order();
5147
5148         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5149                 build_all_zonelists_init();
5150         } else {
5151 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5152                 if (zone)
5153                         setup_zone_pageset(zone);
5154 #endif
5155                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5156                    of zonelist */
5157                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5158                 /* cpuset refresh routine should be here */
5159         }
5160         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5161         /*
5162          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5163          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5164          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5165          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5166          * disabled and enable it later
5167          */
5168         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5169                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5170         else
5171                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5172
5173         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5174                 nr_online_nodes,
5175                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5176                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5177                 vm_total_pages);
5178 #ifdef CONFIG_NUMA
5179         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5180 #endif
5181 }
5182
5183 /*
5184  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5185  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5186  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5187  */
5188 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5189                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5190 {
5191         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5192         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5193         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5194         unsigned long pfn;
5195         unsigned long nr_initialised = 0;
5196 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5197         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5198 #endif
5199
5200         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5201                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5202
5203         /*
5204          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5205          * memory
5206          */
5207         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5208                 start_pfn += altmap->reserve;
5209
5210         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5211                 /*
5212                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5213                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5214                  */
5215                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5216                         goto not_early;
5217
5218                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5219 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5220                         /*
5221                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5222                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5223                          * on our next iteration of the loop.
5224                          */
5225                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5226 #endif
5227                         continue;
5228                 }
5229                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5230                         continue;
5231                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5232                         break;
5233
5234 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5235                 /*
5236                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5237                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5238                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5239                  */
5240                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5241                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5242                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5243                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5244                                                 break;
5245                                 r = tmp;
5246                         }
5247                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5248                             memblock_is_mirror(r)) {
5249                                 /* already initialized as NORMAL */
5250                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5251                                 continue;
5252                         }
5253                 }
5254 #endif
5255
5256 not_early:
5257                 /*
5258                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5259                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5260                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5261                  * the address space during boot when many long-lived
5262                  * kernel allocations are made.
5263                  *
5264                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5265                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5266                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5267                  * pfn out of zone.
5268                  */
5269                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5270                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5271
5272                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5273                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5274                 } else {
5275                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5276                 }
5277         }
5278 }
5279
5280 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5281 {
5282         unsigned int order, t;
5283         for_each_migratetype_order(order, t) {
5284                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5285                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5286         }
5287 }
5288
5289 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5290 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5291         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5292 #endif
5293
5294 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5295 {
5296 #ifdef CONFIG_MMU
5297         int batch;
5298
5299         /*
5300          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5301          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5302          *
5303          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5304          */
5305         batch = zone->managed_pages / 1024;
5306         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5307                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5308         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5309         if (batch < 1)
5310                 batch = 1;
5311
5312         /*
5313          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5314          * of 2 value was found to be more likely to have
5315          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5316          *
5317          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5318          * batches of pages, one task can end up with a lot
5319          * of pages of one half of the possible page colors
5320          * and the other with pages of the other colors.
5321          */
5322         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5323
5324         return batch;
5325
5326 #else
5327         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5328          * conditions.
5329          *
5330          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5331          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5332          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5333          *
5334          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5335          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5336          * can be a significant delay between the individual batches being
5337          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5338          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5339          */
5340         return 0;
5341 #endif
5342 }
5343
5344 /*
5345  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5346  * ->batch must never be higher then ->high.
5347  * The following function updates them in a safe manner without read side
5348  * locking.
5349  *
5350  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5351  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5352  *
5353  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5354  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5355  * exist).
5356  */
5357 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5358                 unsigned long batch)
5359 {
5360        /* start with a fail safe value for batch */
5361         pcp->batch = 1;
5362         smp_wmb();
5363
5364        /* Update high, then batch, in order */
5365         pcp->high = high;
5366         smp_wmb();
5367
5368         pcp->batch = batch;
5369 }
5370
5371 /* a companion to pageset_set_high() */
5372 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5373 {
5374         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5375 }
5376
5377 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5378 {
5379         struct per_cpu_pages *pcp;
5380         int migratetype;
5381
5382         memset(p, 0, sizeof(*p));
5383
5384         pcp = &p->pcp;
5385         pcp->count = 0;
5386         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5387                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5388 }
5389
5390 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5391 {
5392         pageset_init(p);
5393         pageset_set_batch(p, batch);
5394 }
5395
5396 /*
5397  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5398  * to the value high for the pageset p.
5399  */
5400 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5401                                 unsigned long high)
5402 {
5403         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5404         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5405                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5406
5407         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5408 }
5409
5410 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5411                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5412 {
5413         if (percpu_pagelist_fraction)
5414                 pageset_set_high(pcp,
5415                         (zone->managed_pages /
5416                                 percpu_pagelist_fraction));
5417         else
5418                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5419 }
5420
5421 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5422 {
5423         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5424
5425         pageset_init(pcp);
5426         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5427 }
5428
5429 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5430 {
5431         int cpu;
5432         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5433         for_each_possible_cpu(cpu)
5434                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5435 }
5436
5437 /*
5438  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5439  * Before this call only boot pagesets were available.
5440  */
5441 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5442 {
5443         struct pglist_data *pgdat;
5444         struct zone *zone;
5445
5446         for_each_populated_zone(zone)
5447                 setup_zone_pageset(zone);
5448
5449         for_each_online_pgdat(pgdat)
5450                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5451                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5452 }
5453
5454 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5455 {
5456         /*
5457          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5458          * relies on the ability of the linker to provide the
5459          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5460          */
5461         zone->pageset = &boot_pageset;
5462
5463         if (populated_zone(zone))
5464                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5465                         zone->name, zone->present_pages,
5466                                          zone_batchsize(zone));
5467 }
5468
5469 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5470                                         unsigned long zone_start_pfn,
5471                                         unsigned long size)
5472 {
5473         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5474
5475         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5476
5477         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5478
5479         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5480                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5481                         pgdat->node_id,
5482                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5483                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5484
5485         zone_init_free_lists(zone);
5486         zone->initialized = 1;
5487
5488         return 0;
5489 }
5490
5491 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5492 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5493
5494 /*
5495  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5496  */
5497 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5498                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5499 {
5500         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5501         int nid;
5502
5503         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5504                 return state->last_nid;
5505
5506         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5507         if (nid != -1) {
5508                 state->last_start = start_pfn;
5509                 state->last_end = end_pfn;
5510                 state->last_nid = nid;
5511         }
5512
5513         return nid;
5514 }
5515 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5516
5517 /**
5518  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5519  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5520  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5521  *
5522  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5523  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5524  * memblock_free_early_nid() manually.
5525  */
5526 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5527 {
5528         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5529         int i, this_nid;
5530
5531         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5532                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5533                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5534
5535                 if (start_pfn < end_pfn)
5536                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5537                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5538                                         this_nid);
5539         }
5540 }
5541
5542 /**
5543  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5544  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5545  *
5546  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5547  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5548  */
5549 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5550 {
5551         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5552         int i, this_nid;
5553
5554         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5555                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5556 }
5557
5558 /**
5559  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5560  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5561  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5562  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5563  *
5564  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5565  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5566  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5567  * PFNs will be 0.
5568  */
5569 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5570                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5571 {
5572         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5573         int i;
5574
5575         *start_pfn = -1UL;
5576         *end_pfn = 0;
5577
5578         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5579                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5580                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5581         }
5582
5583         if (*start_pfn == -1UL)
5584                 *start_pfn = 0;
5585 }
5586
5587 /*
5588  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5589  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5590  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5591  */
5592 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5593 {
5594         int zone_index;
5595         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5596                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5597                         continue;
5598
5599                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5600                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5601                         break;
5602         }
5603
5604         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5605         movable_zone = zone_index;
5606 }
5607
5608 /*
5609  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5610  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5611  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5612  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5613  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5614  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5615  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5616  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5617  */
5618 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5619                                         unsigned long zone_type,
5620                                         unsigned long node_start_pfn,
5621                                         unsigned long node_end_pfn,
5622                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5623                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5624 {
5625         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5626         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5627                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5628                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5629                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5630                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5631                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5632
5633                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5634                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5635                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5636                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5637                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5638
5639                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5640                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5641                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5642         }
5643 }
5644
5645 /*
5646  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5647  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5648  */
5649 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5650                                         unsigned long zone_type,
5651                                         unsigned long node_start_pfn,
5652                                         unsigned long node_end_pfn,
5653                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5654                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5655                                         unsigned long *ignored)
5656 {
5657         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5658         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5659                 return 0;
5660
5661         /* Get the start and end of the zone */
5662         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5663         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5664         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5665                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5666                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5667
5668         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5669         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5670                 return 0;
5671
5672         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5673         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5674         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5675
5676         /* Return the spanned pages */
5677         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5678 }
5679
5680 /*
5681  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5682  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5683  */
5684 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5685                                 unsigned long range_start_pfn,
5686                                 unsigned long range_end_pfn)
5687 {
5688         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5689         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5690         int i;
5691
5692         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5693                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5694                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5695                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5696         }
5697         return nr_absent;
5698 }
5699
5700 /**
5701  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5702  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5703  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5704  *
5705  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5706  */
5707 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5708                                                         unsigned long end_pfn)
5709 {
5710         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5711 }
5712
5713 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5714 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5715                                         unsigned long zone_type,
5716                                         unsigned long node_start_pfn,
5717                                         unsigned long node_end_pfn,
5718                                         unsigned long *ignored)
5719 {
5720         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5721         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5722         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5723         unsigned long nr_absent;
5724
5725         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5726         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5727                 return 0;
5728
5729         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5730         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5731
5732         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5733                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5734                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5735         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5736
5737         /*
5738          * ZONE_MOVABLE handling.
5739          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5740          * and vice versa.
5741          */
5742         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5743                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5744                 struct memblock_region *r;
5745
5746                 for_each_memblock(memory, r) {
5747                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5748                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5749                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5750                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5751
5752                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5753                             memblock_is_mirror(r))
5754                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5755
5756                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5757                             !memblock_is_mirror(r))
5758                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5759                 }
5760         }
5761
5762         return nr_absent;
5763 }
5764
5765 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5766 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5767                                         unsigned long zone_type,
5768                                         unsigned long node_start_pfn,
5769                                         unsigned long node_end_pfn,
5770                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5771                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5772                                         unsigned long *zones_size)
5773 {
5774         unsigned int zone;
5775
5776         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5777         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5778                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5779
5780         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5781
5782         return zones_size[zone_type];
5783 }
5784
5785 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5786                                                 unsigned long zone_type,
5787                                                 unsigned long node_start_pfn,
5788                                                 unsigned long node_end_pfn,
5789                                                 unsigned long *zholes_size)
5790 {
5791         if (!zholes_size)
5792                 return 0;
5793
5794         return zholes_size[zone_type];
5795 }
5796
5797 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5798
5799 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5800                                                 unsigned long node_start_pfn,
5801                                                 unsigned long node_end_pfn,
5802                                                 unsigned long *zones_size,
5803                                                 unsigned long *zholes_size)
5804 {
5805         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5806         enum zone_type i;
5807
5808         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5809                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5810                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5811                 unsigned long size, real_size;
5812
5813                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5814                                                   node_start_pfn,
5815                                                   node_end_pfn,
5816                                                   &zone_start_pfn,
5817                                                   &zone_end_pfn,
5818                                                   zones_size);
5819                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5820                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5821                                                   zholes_size);
5822                 if (size)
5823                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5824                 else
5825                         zone->zone_start_pfn = 0;
5826                 zone->spanned_pages = size;
5827                 zone->present_pages = real_size;
5828
5829                 totalpages += size;
5830                 realtotalpages += real_size;
5831         }
5832
5833         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5834         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5835         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5836                                                         realtotalpages);
5837 }
5838
5839 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5840 /*
5841  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5842  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5843  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5844  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5845  * bytes.
5846  */
5847 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5848 {
5849         unsigned long usemapsize;
5850
5851         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5852         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5853         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5854         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5855         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5856
5857         return usemapsize / 8;
5858 }
5859
5860 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5861                                 struct zone *zone,
5862                                 unsigned long zone_start_pfn,
5863                                 unsigned long zonesize)
5864 {
5865         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5866         zone->pageblock_flags = NULL;
5867         if (usemapsize)
5868                 zone->pageblock_flags =
5869                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5870                                                          pgdat->node_id);
5871 }
5872 #else
5873 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5874                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5875 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5876
5877 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5878
5879 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5880 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5881 {
5882         unsigned int order;
5883
5884         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5885         if (pageblock_order)
5886                 return;
5887
5888         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5889                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5890         else
5891                 order = MAX_ORDER - 1;
5892
5893         /*
5894          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5895          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5896          * powerpc.
5897          */
5898         pageblock_order = order;
5899 }
5900 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5901
5902 /*
5903  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5904  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5905  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5906  * the kernel config
5907  */
5908 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5909 {
5910 }
5911
5912 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5913
5914 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5915                                                    unsigned long present_pages)
5916 {
5917         unsigned long pages = spanned_pages;
5918
5919         /*
5920          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5921          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5922          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5923          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5924          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5925          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5926          */
5927         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5928             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5929                 pages = present_pages;
5930
5931         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5932 }
5933
5934 /*
5935  * Set up the zone data structures:
5936  *   - mark all pages reserved
5937  *   - mark all memory queues empty
5938  *   - clear the memory bitmaps
5939  *
5940  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5941  */
5942 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5943 {
5944         enum zone_type j;
5945         int nid = pgdat->node_id;
5946         int ret;
5947
5948         pgdat_resize_init(pgdat);
5949 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5950         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5951         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5952         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5953 #endif
5954 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5955         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5956         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5957         pgdat->split_queue_len = 0;
5958 #endif
5959         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5960         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5961 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5962         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5963 #endif
5964         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5965         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5966         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5967
5968         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5969                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5970                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5971                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5972
5973                 size = zone->spanned_pages;
5974                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5975
5976                 /*
5977                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5978                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5979                  * and per-cpu initialisations
5980                  */
5981                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5982                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5983                         if (freesize >= memmap_pages) {
5984                                 freesize -= memmap_pages;
5985                                 if (memmap_pages)
5986                                         printk(KERN_DEBUG
5987                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5988                                                zone_names[j], memmap_pages);
5989                         } else
5990                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5991                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5992                 }
5993
5994                 /* Account for reserved pages */
5995                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5996                         freesize -= dma_reserve;
5997                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5998                                         zone_names[0], dma_reserve);
5999                 }
6000
6001                 if (!is_highmem_idx(j))
6002                         nr_kernel_pages += freesize;
6003                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6004                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6005                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6006                 nr_all_pages += freesize;
6007
6008                 /*
6009                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6010                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6011                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6012                  */
6013                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6014 #ifdef CONFIG_NUMA
6015                 zone->node = nid;
6016 #endif
6017                 zone->name = zone_names[j];
6018                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6019                 spin_lock_init(&zone->lock);
6020                 zone_seqlock_init(zone);
6021                 zone_pcp_init(zone);
6022
6023                 if (!size)
6024                         continue;
6025
6026                 set_pageblock_order();
6027                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6028                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6029                 BUG_ON(ret);
6030                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6031         }
6032 }
6033
6034 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6035 {
6036         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6037         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6038
6039         /* Skip empty nodes */
6040         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6041                 return;
6042
6043 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6044         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6045         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6046         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6047         if (!pgdat->node_mem_map) {
6048                 unsigned long size, end;
6049                 struct page *map;
6050
6051                 /*
6052                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6053                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6054                  * for the buddy allocator to function correctly.
6055                  */
6056                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6057                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6058                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6059                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6060                 if (!map)
6061                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6062                                                                pgdat->node_id);
6063                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6064         }
6065 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6066         /*
6067          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6068          */
6069         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6070                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6071 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6072                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6073                         mem_map -= offset;
6074 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6075         }
6076 #endif
6077 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6078 }
6079
6080 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6081                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6082 {
6083         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6084         unsigned long start_pfn = 0;
6085         unsigned long end_pfn = 0;
6086
6087         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6088         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6089
6090         reset_deferred_meminit(pgdat);
6091         pgdat->node_id = nid;
6092         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6093         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6094 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6095         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6096         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6097                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6098                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6099 #else
6100         start_pfn = node_start_pfn;
6101 #endif
6102         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6103                                   zones_size, zholes_size);
6104
6105         alloc_node_mem_map(pgdat);
6106 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6107         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6108                 nid, (unsigned long)pgdat,
6109                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6110 #endif
6111
6112         free_area_init_core(pgdat);
6113 }
6114
6115 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6116
6117 #if MAX_NUMNODES > 1
6118 /*
6119  * Figure out the number of possible node ids.
6120  */
6121 void __init setup_nr_node_ids(void)
6122 {
6123         unsigned int highest;
6124
6125         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6126         nr_node_ids = highest + 1;
6127 }
6128 #endif
6129
6130 /**
6131  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6132  *
6133  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6134  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6135  * all the nodes.
6136  *
6137  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6138  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6139  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6140  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6141  *
6142  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6143  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6144  * populated node map.
6145  *
6146  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6147  * requirement (single node).
6148  */
6149 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6150 {
6151         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6152         unsigned long start, end, mask;
6153         int last_nid = -1;
6154         int i, nid;
6155
6156         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6157                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6158                         last_nid = nid;
6159                         last_end = end;
6160                         continue;
6161                 }
6162
6163                 /*
6164                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6165                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6166                  * too coarse to separate the current node from the last.
6167                  */
6168                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6169                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6170                         mask <<= 1;
6171
6172                 /* accumulate all internode masks */
6173                 accl_mask |= mask;
6174         }
6175
6176         /* convert mask to number of pages */
6177         return ~accl_mask + 1;
6178 }
6179
6180 /* Find the lowest pfn for a node */
6181 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6182 {
6183         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6184         unsigned long start_pfn;
6185         int i;
6186
6187         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6188                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6189
6190         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6191                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6192                 return 0;
6193         }
6194
6195         return min_pfn;
6196 }
6197
6198 /**
6199  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6200  *
6201  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6202  * memblock_set_node().
6203  */
6204 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6205 {
6206         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6207 }
6208
6209 /*
6210  * early_calculate_totalpages()
6211  * Sum pages in active regions for movable zone.
6212  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6213  */
6214 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6215 {
6216         unsigned long totalpages = 0;
6217         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6218         int i, nid;
6219
6220         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6221                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6222
6223                 totalpages += pages;
6224                 if (pages)
6225                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6226         }
6227         return totalpages;
6228 }
6229
6230 /*
6231  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6232  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6233  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6234  * others
6235  */
6236 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6237 {
6238         int i, nid;
6239         unsigned long usable_startpfn;
6240         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6241         /* save the state before borrow the nodemask */
6242         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6243         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6244         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6245         struct memblock_region *r;
6246
6247         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6248         find_usable_zone_for_movable();
6249
6250         /*
6251          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6252          * options.
6253          */
6254         if (movable_node_is_enabled()) {
6255                 for_each_memblock(memory, r) {
6256                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6257                                 continue;
6258
6259                         nid = r->nid;
6260
6261                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6262                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6263                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6264                                 usable_startpfn;
6265                 }
6266
6267                 goto out2;
6268         }
6269
6270         /*
6271          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6272          */
6273         if (mirrored_kernelcore) {
6274                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6275
6276                 for_each_memblock(memory, r) {
6277                         if (memblock_is_mirror(r))
6278                                 continue;
6279
6280                         nid = r->nid;
6281
6282                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6283
6284                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6285                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6286                                 continue;
6287                         }
6288
6289                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6290                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6291                                 usable_startpfn;
6292                 }
6293
6294                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6295                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6296
6297                 goto out2;
6298         }
6299
6300         /*
6301          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6302          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6303          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6304          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6305          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6306          * what movablecore would have allowed.
6307          */
6308         if (required_movablecore) {
6309                 unsigned long corepages;
6310
6311                 /*
6312                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6313                  * was requested by the user
6314                  */
6315                 required_movablecore =
6316                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6317                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6318                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6319
6320                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6321         }
6322
6323         /*
6324          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6325          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6326          */
6327         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6328                 goto out;
6329
6330         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6331         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6332
6333 restart:
6334         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6335         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6336         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6337                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6338
6339                 /*
6340                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6341                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6342                  * amount of memory for the kernel
6343                  */
6344                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6345                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6346
6347                 /*
6348                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6349                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6350                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6351                  */
6352                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6353
6354                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6355                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6356                         unsigned long size_pages;
6357
6358                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6359                         if (start_pfn >= end_pfn)
6360                                 continue;
6361
6362                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6363                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6364                                 unsigned long kernel_pages;
6365                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6366                                                                 - start_pfn;
6367
6368                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6369                                                         kernelcore_remaining);
6370                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6371                                                         required_kernelcore);
6372
6373                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6374                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6375
6376                                         /*
6377                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6378                                          * that if we have to rebalance
6379                                          * kernelcore across nodes, we will
6380                                          * not double account here
6381                                          */
6382                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6383                                         continue;
6384                                 }
6385                                 start_pfn = usable_startpfn;
6386                         }
6387
6388                         /*
6389                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6390                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6391                          * number of pages used as kernelcore
6392                          */
6393                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6394                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6395                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6396                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6397
6398                         /*
6399                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6400                          * break if the kernelcore for this node has been
6401                          * satisfied
6402                          */
6403                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6404                                                                 size_pages);
6405                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6406                         if (!kernelcore_remaining)
6407                                 break;
6408                 }
6409         }
6410
6411         /*
6412          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6413          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6414          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6415          * satisfied
6416          */
6417         usable_nodes--;
6418         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6419                 goto restart;
6420
6421 out2:
6422         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6423         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6424                 zone_movable_pfn[nid] =
6425                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6426
6427 out:
6428         /* restore the node_state */
6429         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6430 }
6431
6432 /* Any regular or high memory on that node ? */
6433 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6434 {
6435         enum zone_type zone_type;
6436
6437         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6438                 return;
6439
6440         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6441                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6442                 if (populated_zone(zone)) {
6443                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6444                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6445                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6446                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6447                         break;
6448                 }
6449         }
6450 }
6451
6452 /**
6453  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6454  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6455  *
6456  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6457  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6458  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6459  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6460  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6461  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6462  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6463  * at arch_max_dma_pfn.
6464  */
6465 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6466 {
6467         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6468         int i, nid;
6469
6470         /* Record where the zone boundaries are */
6471         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6472                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6473         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6474                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6475
6476         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6477
6478         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6479                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6480                         continue;
6481
6482                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6483                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6484                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6485
6486                 start_pfn = end_pfn;
6487         }
6488         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6489         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6490
6491         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6492         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6493         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6494
6495         /* Print out the zone ranges */
6496         pr_info("Zone ranges:\n");
6497         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6498                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6499                         continue;
6500                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6501                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6502                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6503                         pr_cont("empty\n");
6504                 else
6505                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6506                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6507                                         << PAGE_SHIFT,
6508                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6509                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6510         }
6511
6512         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6513         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6514         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6515                 if (zone_movable_pfn[i])
6516                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6517                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6518         }
6519
6520         /* Print out the early node map */
6521         pr_info("Early memory node ranges\n");
6522         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6523                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6524                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6525                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6526
6527         /* Initialise every node */
6528         mminit_verify_pageflags_layout();
6529         setup_nr_node_ids();
6530         for_each_online_node(nid) {
6531                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6532                 free_area_init_node(nid, NULL,
6533                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6534
6535                 /* Any memory on that node */
6536                 if (pgdat->node_present_pages)
6537                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6538                 check_for_memory(pgdat, nid);
6539         }
6540 }
6541
6542 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6543 {
6544         unsigned long long coremem;
6545         if (!p)
6546                 return -EINVAL;
6547
6548         coremem = memparse(p, &p);
6549         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6550
6551         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6552         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6553
6554         return 0;
6555 }
6556
6557 /*
6558  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6559  * cannot be reclaimed or migrated.
6560  */
6561 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6562 {
6563         /* parse kernelcore=mirror */
6564         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6565                 mirrored_kernelcore = true;
6566                 return 0;
6567         }
6568
6569         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6570 }
6571
6572 /*
6573  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6574  * can be reclaimed or migrated.
6575  */
6576 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6577 {
6578         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6579 }
6580
6581 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6582 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6583
6584 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6585
6586 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6587 {
6588         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6589         page_zone(page)->managed_pages += count;
6590         totalram_pages += count;
6591 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6592         if (PageHighMem(page))
6593                 totalhigh_pages += count;
6594 #endif
6595         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6596 }
6597 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6598
6599 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6600 {
6601         void *pos;
6602         unsigned long pages = 0;
6603
6604         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6605         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6606         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6607                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6608                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6609                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6610         }
6611
6612         if (pages && s)
6613                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6614                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6615
6616         return pages;
6617 }
6618 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6619
6620 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6621 void free_highmem_page(struct page *page)
6622 {
6623         __free_reserved_page(page);
6624         totalram_pages++;
6625         page_zone(page)->managed_pages++;
6626         totalhigh_pages++;
6627 }
6628 #endif
6629
6630
6631 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6632 {
6633         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6634         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6635
6636         physpages = get_num_physpages();
6637         codesize = _etext - _stext;
6638         datasize = _edata - _sdata;
6639         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6640         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6641         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6642         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6643
6644         /*
6645          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6646          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6647          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6648          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6649          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6650          */
6651 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6652         do { \
6653                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6654                         size -= adj; \
6655         } while (0)
6656
6657         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6658                      _sinittext, init_code_size);
6659         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6660         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6661         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6662         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6663
6664 #undef  adj_init_size
6665
6666         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6667 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6668                 ", %luK highmem"
6669 #endif
6670                 "%s%s)\n",
6671                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6672                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6673                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6674                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6675                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6676                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6677 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6678                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6679 #endif
6680                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6681 }
6682
6683 /**
6684  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6685  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6686  *
6687  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6688  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6689  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6690  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6691  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6692  * smaller per-cpu batchsize.
6693  */
6694 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6695 {
6696         dma_reserve = new_dma_reserve;
6697 }
6698
6699 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6700 {
6701         free_area_init_node(0, zones_size,
6702                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6703 }
6704
6705 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6706 {
6707
6708         lru_add_drain_cpu(cpu);
6709         drain_pages(cpu);
6710
6711         /*
6712          * Spill the event counters of the dead processor
6713          * into the current processors event counters.
6714          * This artificially elevates the count of the current
6715          * processor.
6716          */
6717         vm_events_fold_cpu(cpu);
6718
6719         /*
6720          * Zero the differential counters of the dead processor
6721          * so that the vm statistics are consistent.
6722          *
6723          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6724          * race with what we are doing.
6725          */
6726         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6727         return 0;
6728 }
6729
6730 void __init page_alloc_init(void)
6731 {
6732         int ret;
6733
6734         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6735                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6736                                         page_alloc_cpu_dead);
6737         WARN_ON(ret < 0);
6738 }
6739
6740 /*
6741  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6742  *      or min_free_kbytes changes.
6743  */
6744 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6745 {
6746         struct pglist_data *pgdat;
6747         unsigned long reserve_pages = 0;
6748         enum zone_type i, j;
6749
6750         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6751
6752                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6753
6754                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6755                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6756                         long max = 0;
6757
6758                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6759                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6760                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6761                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6762                         }
6763
6764                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6765                         max += high_wmark_pages(zone);
6766
6767                         if (max > zone->managed_pages)
6768                                 max = zone->managed_pages;
6769
6770                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6771
6772                         reserve_pages += max;
6773                 }
6774         }
6775         totalreserve_pages = reserve_pages;
6776 }
6777
6778 /*
6779  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6780  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6781  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6782  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6783  */
6784 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6785 {
6786         struct pglist_data *pgdat;
6787         enum zone_type j, idx;
6788
6789         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6790                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6791                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6792                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6793
6794                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6795
6796                         idx = j;
6797                         while (idx) {
6798                                 struct zone *lower_zone;
6799
6800                                 idx--;
6801
6802                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6803                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6804
6805                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6806                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6807                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6808                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6809                         }
6810                 }
6811         }
6812
6813         /* update totalreserve_pages */
6814         calculate_totalreserve_pages();
6815 }
6816
6817 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6818 {
6819         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6820         unsigned long lowmem_pages = 0;
6821         struct zone *zone;
6822         unsigned long flags;
6823
6824         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6825         for_each_zone(zone) {
6826                 if (!is_highmem(zone))
6827                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6828         }
6829
6830         for_each_zone(zone) {
6831                 u64 tmp;
6832
6833                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6834                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6835                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6836                 if (is_highmem(zone)) {
6837                         /*
6838                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6839                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6840                          * value here.
6841                          *
6842                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6843                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6844                          * not be capped for highmem.
6845                          */
6846                         unsigned long min_pages;
6847
6848                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6849                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6850                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6851                 } else {
6852                         /*
6853                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6854                          * proportionate to the zone's size.
6855                          */
6856                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6857                 }
6858
6859                 /*
6860                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6861                  * scale factor in proportion to available memory, but
6862                  * ensure a minimum size on small systems.
6863                  */
6864                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6865                             mult_frac(zone->managed_pages,
6866                                       watermark_scale_factor, 10000));
6867
6868                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6869                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6870
6871                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6872         }
6873
6874         /* update totalreserve_pages */
6875         calculate_totalreserve_pages();
6876 }
6877
6878 /**
6879  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6880  * or when memory is hot-{added|removed}
6881  *
6882  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6883  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6884  */
6885 void setup_per_zone_wmarks(void)
6886 {
6887         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6888         __setup_per_zone_wmarks();
6889         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6890 }
6891
6892 /*
6893  * Initialise min_free_kbytes.
6894  *
6895  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6896  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6897  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6898  *
6899  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6900  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6901  *
6902  * which yields
6903  *
6904  * 16MB:        512k
6905  * 32MB:        724k
6906  * 64MB:        1024k
6907  * 128MB:       1448k
6908  * 256MB:       2048k
6909  * 512MB:       2896k
6910  * 1024MB:      4096k
6911  * 2048MB:      5792k
6912  * 4096MB:      8192k
6913  * 8192MB:      11584k
6914  * 16384MB:     16384k
6915  */
6916 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6917 {
6918         unsigned long lowmem_kbytes;
6919         int new_min_free_kbytes;
6920
6921         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6922         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6923
6924         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6925                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6926                 if (min_free_kbytes < 128)
6927                         min_free_kbytes = 128;
6928                 if (min_free_kbytes > 65536)
6929                         min_free_kbytes = 65536;
6930         } else {
6931                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6932                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6933         }
6934         setup_per_zone_wmarks();
6935         refresh_zone_stat_thresholds();
6936         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6937
6938 #ifdef CONFIG_NUMA
6939         setup_min_unmapped_ratio();
6940         setup_min_slab_ratio();
6941 #endif
6942
6943         return 0;
6944 }
6945 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6946
6947 /*
6948  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6949  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6950  *      changes.
6951  */
6952 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6953         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6954 {
6955         int rc;
6956
6957         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6958         if (rc)
6959                 return rc;
6960
6961         if (write) {
6962                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6963                 setup_per_zone_wmarks();
6964         }
6965         return 0;
6966 }
6967
6968 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6969         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6970 {
6971         int rc;
6972
6973         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6974         if (rc)
6975                 return rc;
6976
6977         if (write)
6978                 setup_per_zone_wmarks();
6979
6980         return 0;
6981 }
6982
6983 #ifdef CONFIG_NUMA
6984 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6985 {
6986         pg_data_t *pgdat;
6987         struct zone *zone;
6988
6989         for_each_online_pgdat(pgdat)
6990                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6991
6992         for_each_zone(zone)
6993                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6994                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6995 }
6996
6997
6998 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6999         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7000 {
7001         int rc;
7002
7003         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7004         if (rc)
7005                 return rc;
7006
7007         setup_min_unmapped_ratio();
7008
7009         return 0;
7010 }
7011
7012 static void setup_min_slab_ratio(void)
7013 {
7014         pg_data_t *pgdat;
7015         struct zone *zone;
7016
7017         for_each_online_pgdat(pgdat)
7018                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7019
7020         for_each_zone(zone)
7021                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7022                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7023 }
7024
7025 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7026         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7027 {
7028         int rc;
7029
7030         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7031         if (rc)
7032                 return rc;
7033
7034         setup_min_slab_ratio();
7035
7036         return 0;
7037 }
7038 #endif
7039
7040 /*
7041  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7042  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7043  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7044  *
7045  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7046  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7047  * if in function of the boot time zone sizes.
7048  */
7049 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7050         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7051 {
7052         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7053         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7054         return 0;
7055 }
7056
7057 /*
7058  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7059  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7060  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7061  */
7062 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7063         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7064 {
7065         struct zone *zone;
7066         int old_percpu_pagelist_fraction;
7067         int ret;
7068
7069         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7070         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7071
7072         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7073         if (!write || ret < 0)
7074                 goto out;
7075
7076         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7077         if (percpu_pagelist_fraction &&
7078             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7079                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7080                 ret = -EINVAL;
7081                 goto out;
7082         }
7083
7084         /* No change? */
7085         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7086                 goto out;
7087
7088         for_each_populated_zone(zone) {
7089                 unsigned int cpu;
7090
7091                 for_each_possible_cpu(cpu)
7092                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7093                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7094         }
7095 out:
7096         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7097         return ret;
7098 }
7099
7100 #ifdef CONFIG_NUMA
7101 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7102
7103 static int __init set_hashdist(char *str)
7104 {
7105         if (!str)
7106                 return 0;
7107         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7108         return 1;
7109 }
7110 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7111 #endif
7112
7113 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7114 /*
7115  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7116  * is not known to alloc_large_system_hash().
7117  */
7118 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7119 {
7120         return 0;
7121 }
7122 #endif
7123
7124 /*
7125  * allocate a large system hash table from bootmem
7126  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7127  *   quantity of entries
7128  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7129  */
7130 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7131                                      unsigned long bucketsize,
7132                                      unsigned long numentries,
7133                                      int scale,
7134                                      int flags,
7135                                      unsigned int *_hash_shift,
7136                                      unsigned int *_hash_mask,
7137                                      unsigned long low_limit,
7138                                      unsigned long high_limit)
7139 {
7140         unsigned long long max = high_limit;
7141         unsigned long log2qty, size;
7142         void *table = NULL;
7143
7144         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7145         if (!numentries) {
7146                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7147                 numentries = nr_kernel_pages;
7148                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7149
7150                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7151                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7152                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7153
7154                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7155                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7156                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7157                 else
7158                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7159
7160                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7161                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7162                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7163                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7164                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7165                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7166                                 BUG_ON(!numentries);
7167                         }
7168                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7169                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7170         }
7171         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7172
7173         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7174         if (max == 0) {
7175                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7176                 do_div(max, bucketsize);
7177         }
7178         max = min(max, 0x80000000ULL);
7179
7180         if (numentries < low_limit)
7181                 numentries = low_limit;
7182         if (numentries > max)
7183                 numentries = max;
7184
7185         log2qty = ilog2(numentries);
7186
7187         do {
7188                 size = bucketsize << log2qty;
7189                 if (flags & HASH_EARLY)
7190                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7191                 else if (hashdist)
7192                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7193                 else {
7194                         /*
7195                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7196                          * some pages at the end of hash table which
7197                          * alloc_pages_exact() automatically does
7198                          */
7199                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7200                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7201                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7202                         }
7203                 }
7204         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7205
7206         if (!table)
7207                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7208
7209         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7210                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7211
7212         if (_hash_shift)
7213                 *_hash_shift = log2qty;
7214         if (_hash_mask)
7215                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7216
7217         return table;
7218 }
7219
7220 /*
7221  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7222  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7223  *
7224  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7225  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7226  * expect this function should be exact.
7227  */
7228 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7229                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7230 {
7231         unsigned long pfn, iter, found;
7232         int mt;
7233
7234         /*
7235          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7236          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7237          */
7238         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7239                 return false;
7240         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7241         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7242                 return false;
7243
7244         pfn = page_to_pfn(page);
7245         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7246                 unsigned long check = pfn + iter;
7247
7248                 if (!pfn_valid_within(check))
7249                         continue;
7250
7251                 page = pfn_to_page(check);
7252
7253                 /*
7254                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7255                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7256                  * handle each tail page individually in migration.
7257                  */
7258                 if (PageHuge(page)) {
7259                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7260                         continue;
7261                 }
7262
7263                 /*
7264                  * We can't use page_count without pin a page
7265                  * because another CPU can free compound page.
7266                  * This check already skips compound tails of THP
7267                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7268                  */
7269                 if (!page_ref_count(page)) {
7270                         if (PageBuddy(page))
7271                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7272                         continue;
7273                 }
7274
7275                 /*
7276                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7277                  * page_count() is not 0.
7278                  */
7279                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7280                         continue;
7281
7282                 if (!PageLRU(page))
7283                         found++;
7284                 /*
7285                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7286                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7287                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7288                  */
7289                 /*
7290                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7291                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7292                  *
7293                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7294                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7295                  * page at boot.
7296                  */
7297                 if (found > count)
7298                         return true;
7299         }
7300         return false;
7301 }
7302
7303 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7304 {
7305         struct zone *zone;
7306         unsigned long pfn;
7307
7308         /*
7309          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7310          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7311          * the zone but still within the section.
7312          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7313          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7314          */
7315         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7316                 return false;
7317
7318         zone = page_zone(page);
7319         pfn = page_to_pfn(page);
7320         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7321                 return false;
7322
7323         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7324 }
7325
7326 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7327
7328 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7329 {
7330         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7331                              pageblock_nr_pages) - 1);
7332 }
7333
7334 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7335 {
7336         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7337                                 pageblock_nr_pages));
7338 }
7339
7340 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7341 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7342                                         unsigned long start, unsigned long end)
7343 {
7344         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7345         unsigned long nr_reclaimed;
7346         unsigned long pfn = start;
7347         unsigned int tries = 0;
7348         int ret = 0;
7349
7350         migrate_prep();
7351
7352         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7353                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7354                         ret = -EINTR;
7355                         break;
7356                 }
7357
7358                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7359                         cc->nr_migratepages = 0;
7360                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7361                         if (!pfn) {
7362                                 ret = -EINTR;
7363                                 break;
7364                         }
7365                         tries = 0;
7366                 } else if (++tries == 5) {
7367                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7368                         break;
7369                 }
7370
7371                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7372                                                         &cc->migratepages);
7373                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7374
7375                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7376                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7377         }
7378         if (ret < 0) {
7379                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7380                 return ret;
7381         }
7382         return 0;
7383 }
7384
7385 /**
7386  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7387  * @start:      start PFN to allocate
7388  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7389  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7390  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7391  *                      in range must have the same migratetype and it must
7392  *                      be either of the two.
7393  *
7394  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7395  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7396  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7397  * pages fall in.
7398  *
7399  * The PFN range must belong to a single zone.
7400  *
7401  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7402  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7403  * need to be freed with free_contig_range().
7404  */
7405 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7406                        unsigned migratetype)
7407 {
7408         unsigned long outer_start, outer_end;
7409         unsigned int order;
7410         int ret = 0;
7411
7412         struct compact_control cc = {
7413                 .nr_migratepages = 0,
7414                 .order = -1,
7415                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7416                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7417                 .ignore_skip_hint = true,
7418                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
7419         };
7420         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7421
7422         /*
7423          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7424          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7425          * have different sizes, and due to the way page allocator
7426          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7427          * that page allocator won't try to merge buddies from
7428          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7429          * other migration type.
7430          *
7431          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7432          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7433          * we are interested in).  This will put all the pages in
7434          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7435          *
7436          * When this is done, we take the pages in range from page
7437          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7438          * page allocator will never consider using them.
7439          *
7440          * This lets us mark the pageblocks back as
7441          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7442          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7443          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7444          */
7445
7446         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7447                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7448                                        false);
7449         if (ret)
7450                 return ret;
7451
7452         /*
7453          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7454          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7455          */
7456         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7457         if (ret && ret != -EBUSY)
7458                 goto done;
7459
7460         /*
7461          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7462          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7463          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7464          * What we are going to do is to allocate all pages from
7465          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7466          *
7467          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7468          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7469          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7470          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7471          * once this is done free the pages we are not interested in.
7472          *
7473          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7474          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7475          */
7476
7477         lru_add_drain_all();
7478         drain_all_pages(cc.zone);
7479
7480         order = 0;
7481         outer_start = start;
7482         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7483                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7484                         outer_start = start;
7485                         break;
7486                 }
7487                 outer_start &= ~0UL << order;
7488         }
7489
7490         if (outer_start != start) {
7491                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7492
7493                 /*
7494                  * outer_start page could be small order buddy page and
7495                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7496                  * in this case to report failed page properly
7497                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7498                  */
7499                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7500                         outer_start = start;
7501         }
7502
7503         /* Make sure the range is really isolated. */
7504         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7505                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7506                         __func__, outer_start, end);
7507                 ret = -EBUSY;
7508                 goto done;
7509         }
7510
7511         /* Grab isolated pages from freelists. */
7512         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7513         if (!outer_end) {
7514                 ret = -EBUSY;
7515                 goto done;
7516         }
7517
7518         /* Free head and tail (if any) */
7519         if (start != outer_start)
7520                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7521         if (end != outer_end)
7522                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7523
7524 done:
7525         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7526                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7527         return ret;
7528 }
7529
7530 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7531 {
7532         unsigned int count = 0;
7533
7534         for (; nr_pages--; pfn++) {
7535                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7536
7537                 count += page_count(page) != 1;
7538                 __free_page(page);
7539         }
7540         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7541 }
7542 #endif
7543
7544 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7545 /*
7546  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7547  * page high values need to be recalulated.
7548  */
7549 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7550 {
7551         unsigned cpu;
7552         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7553         for_each_possible_cpu(cpu)
7554                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7555                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7556         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7557 }
7558 #endif
7559
7560 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7561 {
7562         unsigned long flags;
7563         int cpu;
7564         struct per_cpu_pageset *pset;
7565
7566         /* avoid races with drain_pages()  */
7567         local_irq_save(flags);
7568         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7569                 for_each_online_cpu(cpu) {
7570                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7571                         drain_zonestat(zone, pset);
7572                 }
7573                 free_percpu(zone->pageset);
7574                 zone->pageset = &boot_pageset;
7575         }
7576         local_irq_restore(flags);
7577 }
7578
7579 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7580 /*
7581  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7582  * before calling this.
7583  */
7584 void
7585 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7586 {
7587         struct page *page;
7588         struct zone *zone;
7589         unsigned int order, i;
7590         unsigned long pfn;
7591         unsigned long flags;
7592         /* find the first valid pfn */
7593         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7594                 if (pfn_valid(pfn))
7595                         break;
7596         if (pfn == end_pfn)
7597                 return;
7598         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7599         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7600         pfn = start_pfn;
7601         while (pfn < end_pfn) {
7602                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7603                         pfn++;
7604                         continue;
7605                 }
7606                 page = pfn_to_page(pfn);
7607                 /*
7608                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7609                  * page_count() is not 0.
7610                  */
7611                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7612                         pfn++;
7613                         SetPageReserved(page);
7614                         continue;
7615                 }
7616
7617                 BUG_ON(page_count(page));
7618                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7619                 order = page_order(page);
7620 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7621                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7622                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7623 #endif
7624                 list_del(&page->lru);
7625                 rmv_page_order(page);
7626                 zone->free_area[order].nr_free--;
7627                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7628                         SetPageReserved((page+i));
7629                 pfn += (1 << order);
7630         }
7631         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7632 }
7633 #endif
7634
7635 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7636 {
7637         struct zone *zone = page_zone(page);
7638         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7639         unsigned long flags;
7640         unsigned int order;
7641
7642         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7643         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7644                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7645
7646                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7647                         break;
7648         }
7649         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7650
7651         return order < MAX_ORDER;
7652 }