]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
8b2623683431433d72d532cddaebb61062c135e9
[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 <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
290
291         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
292                 return true;
293
294         return false;
295 }
296
297 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
298 {
299         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
300                 return true;
301
302         return false;
303 }
304
305 /*
306  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
307  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
308  */
309 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
310                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
311                                 unsigned long *nr_initialised)
312 {
313         unsigned long max_initialise;
314
315         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
316         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
317                 return true;
318         /*
319          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
320          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
321          */
322         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
323                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
324
325         (*nr_initialised)++;
326         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
327             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
328                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
329                 return false;
330         }
331
332         return true;
333 }
334 #else
335 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
336 {
337 }
338
339 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
340 {
341         return false;
342 }
343
344 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
345 {
346         return false;
347 }
348
349 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
350                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
351                                 unsigned long *nr_initialised)
352 {
353         return true;
354 }
355 #endif
356
357 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
358 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
359                                                         unsigned long pfn)
360 {
361 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
362         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
363 #else
364         return page_zone(page)->pageblock_flags;
365 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
366 }
367
368 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
369 {
370 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
371         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
372         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
373 #else
374         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
375         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
376 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
377 }
378
379 /**
380  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
381  * @page: The page within the block of interest
382  * @pfn: The target page frame number
383  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
384  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
385  *
386  * Return: pageblock_bits flags
387  */
388 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
389                                         unsigned long pfn,
390                                         unsigned long end_bitidx,
391                                         unsigned long mask)
392 {
393         unsigned long *bitmap;
394         unsigned long bitidx, word_bitidx;
395         unsigned long word;
396
397         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
398         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
399         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
400         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
401
402         word = bitmap[word_bitidx];
403         bitidx += end_bitidx;
404         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
405 }
406
407 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
408                                         unsigned long end_bitidx,
409                                         unsigned long mask)
410 {
411         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
412 }
413
414 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
415 {
416         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
417 }
418
419 /**
420  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
421  * @page: The page within the block of interest
422  * @flags: The flags to set
423  * @pfn: The target page frame number
424  * @end_bitidx: The last bit of interest
425  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
426  */
427 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
428                                         unsigned long pfn,
429                                         unsigned long end_bitidx,
430                                         unsigned long mask)
431 {
432         unsigned long *bitmap;
433         unsigned long bitidx, word_bitidx;
434         unsigned long old_word, word;
435
436         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
437
438         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
439         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
440         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
441         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
442
443         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
444
445         bitidx += end_bitidx;
446         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
447         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
448
449         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
450         for (;;) {
451                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
452                 if (word == old_word)
453                         break;
454                 word = old_word;
455         }
456 }
457
458 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
459 {
460         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
461                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
462                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
463
464         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
465                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
466 }
467
468 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
469 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
470 {
471         int ret = 0;
472         unsigned seq;
473         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
474         unsigned long sp, start_pfn;
475
476         do {
477                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
478                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
479                 sp = zone->spanned_pages;
480                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
481                         ret = 1;
482         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
483
484         if (ret)
485                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
486                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
487                         start_pfn, start_pfn + sp);
488
489         return ret;
490 }
491
492 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
493 {
494         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
495                 return 0;
496         if (zone != page_zone(page))
497                 return 0;
498
499         return 1;
500 }
501 /*
502  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
503  */
504 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
505 {
506         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
507                 return 1;
508         if (!page_is_consistent(zone, page))
509                 return 1;
510
511         return 0;
512 }
513 #else
514 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
515 {
516         return 0;
517 }
518 #endif
519
520 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
521                 unsigned long bad_flags)
522 {
523         static unsigned long resume;
524         static unsigned long nr_shown;
525         static unsigned long nr_unshown;
526
527         /*
528          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
529          * or allow a steady drip of one report per second.
530          */
531         if (nr_shown == 60) {
532                 if (time_before(jiffies, resume)) {
533                         nr_unshown++;
534                         goto out;
535                 }
536                 if (nr_unshown) {
537                         pr_alert(
538                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
539                                 nr_unshown);
540                         nr_unshown = 0;
541                 }
542                 nr_shown = 0;
543         }
544         if (nr_shown++ == 0)
545                 resume = jiffies + 60 * HZ;
546
547         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
548                 current->comm, page_to_pfn(page));
549         __dump_page(page, reason);
550         bad_flags &= page->flags;
551         if (bad_flags)
552                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
553                                                 bad_flags, &bad_flags);
554         dump_page_owner(page);
555
556         print_modules();
557         dump_stack();
558 out:
559         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
560         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
561         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
562 }
563
564 /*
565  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
566  *
567  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
568  *
569  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
570  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
571  *
572  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
573  * page destructors. See compound_page_dtors.
574  *
575  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
576  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
577  */
578
579 void free_compound_page(struct page *page)
580 {
581         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
582 }
583
584 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
585 {
586         int i;
587         int nr_pages = 1 << order;
588
589         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
590         set_compound_order(page, order);
591         __SetPageHead(page);
592         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
593                 struct page *p = page + i;
594                 set_page_count(p, 0);
595                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
596                 set_compound_head(p, page);
597         }
598         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
599 }
600
601 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
602 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
603 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
604                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
605 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
606 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
607
608 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
609 {
610         if (!buf)
611                 return -EINVAL;
612         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
613 }
614 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
615
616 static bool need_debug_guardpage(void)
617 {
618         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
619         if (!debug_pagealloc_enabled())
620                 return false;
621
622         return true;
623 }
624
625 static void init_debug_guardpage(void)
626 {
627         if (!debug_pagealloc_enabled())
628                 return;
629
630         _debug_guardpage_enabled = true;
631 }
632
633 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
634         .need = need_debug_guardpage,
635         .init = init_debug_guardpage,
636 };
637
638 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
639 {
640         unsigned long res;
641
642         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
643                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
644                 return 0;
645         }
646         _debug_guardpage_minorder = res;
647         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
648         return 0;
649 }
650 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
651
652 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
653                                 unsigned int order, int migratetype)
654 {
655         struct page_ext *page_ext;
656
657         if (!debug_guardpage_enabled())
658                 return;
659
660         page_ext = lookup_page_ext(page);
661         if (unlikely(!page_ext))
662                 return;
663
664         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
665
666         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
667         set_page_private(page, order);
668         /* Guard pages are not available for any usage */
669         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
670 }
671
672 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
673                                 unsigned int order, int migratetype)
674 {
675         struct page_ext *page_ext;
676
677         if (!debug_guardpage_enabled())
678                 return;
679
680         page_ext = lookup_page_ext(page);
681         if (unlikely(!page_ext))
682                 return;
683
684         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
685
686         set_page_private(page, 0);
687         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
688                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
689 }
690 #else
691 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
692 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
693                                 unsigned int order, int migratetype) {}
694 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
695                                 unsigned int order, int migratetype) {}
696 #endif
697
698 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
699 {
700         set_page_private(page, order);
701         __SetPageBuddy(page);
702 }
703
704 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
705 {
706         __ClearPageBuddy(page);
707         set_page_private(page, 0);
708 }
709
710 /*
711  * This function checks whether a page is free && is the buddy
712  * we can do coalesce a page and its buddy if
713  * (a) the buddy is not in a hole &&
714  * (b) the buddy is in the buddy system &&
715  * (c) a page and its buddy have the same order &&
716  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
717  *
718  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
719  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
720  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
721  * serialized by zone->lock.
722  *
723  * For recording page's order, we use page_private(page).
724  */
725 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
726                                                         unsigned int order)
727 {
728         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
729                 return 0;
730
731         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
732                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
733                         return 0;
734
735                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
736
737                 return 1;
738         }
739
740         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
741                 /*
742                  * zone check is done late to avoid uselessly
743                  * calculating zone/node ids for pages that could
744                  * never merge.
745                  */
746                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
747                         return 0;
748
749                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
750
751                 return 1;
752         }
753         return 0;
754 }
755
756 /*
757  * Freeing function for a buddy system allocator.
758  *
759  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
760  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
761  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
762  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
763  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
764  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
765  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
766  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
767  * parts of the VM system.
768  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
769  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
770  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
771  * field.
772  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
773  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
774  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
775  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
776  * triggers coalescing into a block of larger size.
777  *
778  * -- nyc
779  */
780
781 static inline void __free_one_page(struct page *page,
782                 unsigned long pfn,
783                 struct zone *zone, unsigned int order,
784                 int migratetype)
785 {
786         unsigned long page_idx;
787         unsigned long combined_idx;
788         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
789         struct page *buddy;
790         unsigned int max_order;
791
792         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
793
794         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
795         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
796
797         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
798         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
799                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
800
801         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
802
803         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
804         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
805
806 continue_merging:
807         while (order < max_order - 1) {
808                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
809                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
810                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
811                         goto done_merging;
812                 /*
813                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
814                  * merge with it and move up one order.
815                  */
816                 if (page_is_guard(buddy)) {
817                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
818                 } else {
819                         list_del(&buddy->lru);
820                         zone->free_area[order].nr_free--;
821                         rmv_page_order(buddy);
822                 }
823                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
824                 page = page + (combined_idx - page_idx);
825                 page_idx = combined_idx;
826                 order++;
827         }
828         if (max_order < MAX_ORDER) {
829                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
830                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
831                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
832                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
833                  *
834                  * We don't want to hit this code for the more frequent
835                  * low-order merging.
836                  */
837                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
838                         int buddy_mt;
839
840                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
841                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
842                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
843
844                         if (migratetype != buddy_mt
845                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
846                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
847                                 goto done_merging;
848                 }
849                 max_order++;
850                 goto continue_merging;
851         }
852
853 done_merging:
854         set_page_order(page, order);
855
856         /*
857          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
858          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
859          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
860          * that is happening, add the free page to the tail of the list
861          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
862          * as a higher order page
863          */
864         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
865                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
866                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
867                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
868                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
869                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
870                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
871                         list_add_tail(&page->lru,
872                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
873                         goto out;
874                 }
875         }
876
877         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
878 out:
879         zone->free_area[order].nr_free++;
880 }
881
882 /*
883  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
884  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
885  * check if necessary.
886  */
887 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
888                                         unsigned long check_flags)
889 {
890         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
891                 return false;
892
893         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
894                         page_ref_count(page) |
895 #ifdef CONFIG_MEMCG
896                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
897 #endif
898                         (page->flags & check_flags)))
899                 return false;
900
901         return true;
902 }
903
904 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
905 {
906         const char *bad_reason;
907         unsigned long bad_flags;
908
909         bad_reason = NULL;
910         bad_flags = 0;
911
912         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
913                 bad_reason = "nonzero mapcount";
914         if (unlikely(page->mapping != NULL))
915                 bad_reason = "non-NULL mapping";
916         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
917                 bad_reason = "nonzero _refcount";
918         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
919                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
920                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
921         }
922 #ifdef CONFIG_MEMCG
923         if (unlikely(page->mem_cgroup))
924                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
925 #endif
926         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
927 }
928
929 static inline int free_pages_check(struct page *page)
930 {
931         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
932                 return 0;
933
934         /* Something has gone sideways, find it */
935         free_pages_check_bad(page);
936         return 1;
937 }
938
939 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
940 {
941         int ret = 1;
942
943         /*
944          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
945          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
946          */
947         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
948
949         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
950                 ret = 0;
951                 goto out;
952         }
953         switch (page - head_page) {
954         case 1:
955                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
956                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
957                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
958                         goto out;
959                 }
960                 break;
961         case 2:
962                 /*
963                  * the second tail page: ->mapping is
964                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
965                  */
966                 break;
967         default:
968                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
969                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
970                         goto out;
971                 }
972                 break;
973         }
974         if (unlikely(!PageTail(page))) {
975                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
976                 goto out;
977         }
978         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
979                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
980                 goto out;
981         }
982         ret = 0;
983 out:
984         page->mapping = NULL;
985         clear_compound_head(page);
986         return ret;
987 }
988
989 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
990                                         unsigned int order, bool check_free)
991 {
992         int bad = 0;
993
994         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
995
996         trace_mm_page_free(page, order);
997         kmemcheck_free_shadow(page, order);
998
999         /*
1000          * Check tail pages before head page information is cleared to
1001          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1002          */
1003         if (unlikely(order)) {
1004                 bool compound = PageCompound(page);
1005                 int i;
1006
1007                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1008
1009                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1010                         if (compound)
1011                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1012                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1013                                 bad++;
1014                                 continue;
1015                         }
1016                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1017                 }
1018         }
1019         if (PageMappingFlags(page))
1020                 page->mapping = NULL;
1021         if (check_free)
1022                 bad += free_pages_check(page);
1023         if (bad)
1024                 return false;
1025
1026         page_cpupid_reset_last(page);
1027         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1028         reset_page_owner(page, order);
1029
1030         if (!PageHighMem(page)) {
1031                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1034                                            PAGE_SIZE << order);
1035         }
1036         arch_free_page(page, order);
1037         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1038         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1039         kasan_free_pages(page, order);
1040
1041         return true;
1042 }
1043
1044 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1045 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1046 {
1047         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1048 }
1049
1050 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return false;
1053 }
1054 #else
1055 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1058 }
1059
1060 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_check(page);
1063 }
1064 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1065
1066 /*
1067  * Frees a number of pages from the PCP lists
1068  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1069  * count is the number of pages to free.
1070  *
1071  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1072  * see if this freeing clears that state.
1073  *
1074  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1075  * pinned" detection logic.
1076  */
1077 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1078                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1079 {
1080         int migratetype = 0;
1081         int batch_free = 0;
1082         unsigned long nr_scanned;
1083         bool isolated_pageblocks;
1084
1085         spin_lock(&zone->lock);
1086         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1087         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1088         if (nr_scanned)
1089                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1090
1091         while (count) {
1092                 struct page *page;
1093                 struct list_head *list;
1094
1095                 /*
1096                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1097                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1098                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1099                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1100                  * lists
1101                  */
1102                 do {
1103                         batch_free++;
1104                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1105                                 migratetype = 0;
1106                         list = &pcp->lists[migratetype];
1107                 } while (list_empty(list));
1108
1109                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1110                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1111                         batch_free = count;
1112
1113                 do {
1114                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1115
1116                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1117                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1118                         list_del(&page->lru);
1119
1120                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1121                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1122                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1123                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1124                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1125                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1126
1127                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1128                                 continue;
1129
1130                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1131                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1132                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1133         }
1134         spin_unlock(&zone->lock);
1135 }
1136
1137 static void free_one_page(struct zone *zone,
1138                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1139                                 unsigned int order,
1140                                 int migratetype)
1141 {
1142         unsigned long nr_scanned;
1143         spin_lock(&zone->lock);
1144         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1145         if (nr_scanned)
1146                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1147
1148         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1149                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1150                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1151         }
1152         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1153         spin_unlock(&zone->lock);
1154 }
1155
1156 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1157                                 unsigned long zone, int nid)
1158 {
1159         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1160         init_page_count(page);
1161         page_mapcount_reset(page);
1162         page_cpupid_reset_last(page);
1163
1164         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1165 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1166         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1167         if (!is_highmem_idx(zone))
1168                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1169 #endif
1170 }
1171
1172 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1173                                         int nid)
1174 {
1175         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1176 }
1177
1178 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1179 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1180 {
1181         pg_data_t *pgdat;
1182         int nid, zid;
1183
1184         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1185                 return;
1186
1187         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1188         pgdat = NODE_DATA(nid);
1189
1190         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1191                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1192
1193                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1194                         break;
1195         }
1196         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1197 }
1198 #else
1199 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1200 {
1201 }
1202 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1203
1204 /*
1205  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1206  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1207  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1208  * sent to the buddy page allocator.
1209  */
1210 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1211 {
1212         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1213         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1214
1215         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1216                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1217                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1218
1219                         init_reserved_page(start_pfn);
1220
1221                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1222                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1223
1224                         SetPageReserved(page);
1225                 }
1226         }
1227 }
1228
1229 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1230 {
1231         unsigned long flags;
1232         int migratetype;
1233         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1234
1235         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1236                 return;
1237
1238         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1239         local_irq_save(flags);
1240         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1241         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1242         local_irq_restore(flags);
1243 }
1244
1245 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1246 {
1247         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1248         struct page *p = page;
1249         unsigned int loop;
1250
1251         prefetchw(p);
1252         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1253                 prefetchw(p + 1);
1254                 __ClearPageReserved(p);
1255                 set_page_count(p, 0);
1256         }
1257         __ClearPageReserved(p);
1258         set_page_count(p, 0);
1259
1260         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1261         set_page_refcounted(page);
1262         __free_pages(page, order);
1263 }
1264
1265 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1266         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1267
1268 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1269
1270 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1271 {
1272         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1273         int nid;
1274
1275         spin_lock(&early_pfn_lock);
1276         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1277         if (nid < 0)
1278                 nid = first_online_node;
1279         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1280
1281         return nid;
1282 }
1283 #endif
1284
1285 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1286 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1287                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1288 {
1289         int nid;
1290
1291         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1292         if (nid >= 0 && nid != node)
1293                 return false;
1294         return true;
1295 }
1296
1297 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1298 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1299 {
1300         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1301 }
1302
1303 #else
1304
1305 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1306 {
1307         return true;
1308 }
1309 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1310                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1311 {
1312         return true;
1313 }
1314 #endif
1315
1316
1317 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1318                                                         unsigned int order)
1319 {
1320         if (early_page_uninitialised(pfn))
1321                 return;
1322         return __free_pages_boot_core(page, order);
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1327  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1328  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1329  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1330  * pageblocks.
1331  *
1332  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1333  *
1334  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1335  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1336  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1337  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1338  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1339  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1340  * page in a pageblock.
1341  */
1342 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1343                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1344 {
1345         struct page *start_page;
1346         struct page *end_page;
1347
1348         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1349         end_pfn--;
1350
1351         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1352                 return NULL;
1353
1354         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1355
1356         if (page_zone(start_page) != zone)
1357                 return NULL;
1358
1359         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1360
1361         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1362         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1363                 return NULL;
1364
1365         return start_page;
1366 }
1367
1368 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1369 {
1370         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1371         unsigned long block_end_pfn;
1372
1373         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1374         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1375                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1376                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1377
1378                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1379
1380                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1381                                              block_end_pfn, zone))
1382                         return;
1383         }
1384
1385         /* We confirm that there is no hole */
1386         zone->contiguous = true;
1387 }
1388
1389 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1390 {
1391         zone->contiguous = false;
1392 }
1393
1394 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1395 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1396                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1397 {
1398         int i;
1399
1400         if (!page)
1401                 return;
1402
1403         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1404         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1405             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1406                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1407                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1408                 return;
1409         }
1410
1411         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1412                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1413 }
1414
1415 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1416 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1417 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1418
1419 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1420 {
1421         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1422                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1423 }
1424
1425 /* Initialise remaining memory on a node */
1426 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1427 {
1428         pg_data_t *pgdat = data;
1429         int nid = pgdat->node_id;
1430         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1431         unsigned long start = jiffies;
1432         unsigned long nr_pages = 0;
1433         unsigned long walk_start, walk_end;
1434         int i, zid;
1435         struct zone *zone;
1436         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1437         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1438
1439         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1440                 pgdat_init_report_one_done();
1441                 return 0;
1442         }
1443
1444         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1445         if (!cpumask_empty(cpumask))
1446                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1447
1448         /* Sanity check boundaries */
1449         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1450         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1451         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1452
1453         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1454         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1455                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1456                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1457                         break;
1458         }
1459
1460         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1461                 unsigned long pfn, end_pfn;
1462                 struct page *page = NULL;
1463                 struct page *free_base_page = NULL;
1464                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1465                 int nr_to_free = 0;
1466
1467                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1468                 pfn = first_init_pfn;
1469                 if (pfn < walk_start)
1470                         pfn = walk_start;
1471                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1472                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1473
1474                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1475                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1476                                 goto free_range;
1477
1478                         /*
1479                          * Ensure pfn_valid is checked every
1480                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1481                          */
1482                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1483                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1484                                         page = NULL;
1485                                         goto free_range;
1486                                 }
1487                         }
1488
1489                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1490                                 page = NULL;
1491                                 goto free_range;
1492                         }
1493
1494                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1495                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1496                                 page++;
1497                         } else {
1498                                 nr_pages += nr_to_free;
1499                                 deferred_free_range(free_base_page,
1500                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1501                                 free_base_page = NULL;
1502                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1503
1504                                 page = pfn_to_page(pfn);
1505                                 cond_resched();
1506                         }
1507
1508                         if (page->flags) {
1509                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1510                                 goto free_range;
1511                         }
1512
1513                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1514                         if (!free_base_page) {
1515                                 free_base_page = page;
1516                                 free_base_pfn = pfn;
1517                                 nr_to_free = 0;
1518                         }
1519                         nr_to_free++;
1520
1521                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1522                         continue;
1523 free_range:
1524                         /* Free the current block of pages to allocator */
1525                         nr_pages += nr_to_free;
1526                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1527                                                                 nr_to_free);
1528                         free_base_page = NULL;
1529                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1530                 }
1531
1532                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1533         }
1534
1535         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1536         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1537
1538         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1539                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1540
1541         pgdat_init_report_one_done();
1542         return 0;
1543 }
1544 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1545
1546 void __init page_alloc_init_late(void)
1547 {
1548         struct zone *zone;
1549
1550 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1551         int nid;
1552
1553         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1554         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1555         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1556                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1557         }
1558
1559         /* Block until all are initialised */
1560         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1561
1562         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1563         files_maxfiles_init();
1564 #endif
1565
1566         for_each_populated_zone(zone)
1567                 set_zone_contiguous(zone);
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_CMA
1571 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1572 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1573 {
1574         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1575         struct page *p = page;
1576
1577         do {
1578                 __ClearPageReserved(p);
1579                 set_page_count(p, 0);
1580         } while (++p, --i);
1581
1582         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1583
1584         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1585                 i = pageblock_nr_pages;
1586                 p = page;
1587                 do {
1588                         set_page_refcounted(p);
1589                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1590                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1591                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1592         } else {
1593                 set_page_refcounted(page);
1594                 __free_pages(page, pageblock_order);
1595         }
1596
1597         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1598 }
1599 #endif
1600
1601 /*
1602  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1603  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1604  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1605  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1606  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1607  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1608  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1609  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1610  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1611  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1612  *
1613  * -- nyc
1614  */
1615 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1616         int low, int high, struct free_area *area,
1617         int migratetype)
1618 {
1619         unsigned long size = 1 << high;
1620
1621         while (high > low) {
1622                 area--;
1623                 high--;
1624                 size >>= 1;
1625                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1626
1627                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1628                         debug_guardpage_enabled() &&
1629                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1630                         /*
1631                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1632                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1633                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1634                          * pages will stay not present in virtual address space
1635                          */
1636                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1637                         continue;
1638                 }
1639                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1640                 area->nr_free++;
1641                 set_page_order(&page[size], high);
1642         }
1643 }
1644
1645 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1646 {
1647         const char *bad_reason = NULL;
1648         unsigned long bad_flags = 0;
1649
1650         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1651                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1652         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1653                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1654         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1655                 bad_reason = "nonzero _count";
1656         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1657                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1658                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1659                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1660                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1661                 return;
1662         }
1663         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1664                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1665                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1666         }
1667 #ifdef CONFIG_MEMCG
1668         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1669                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1670 #endif
1671         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1672 }
1673
1674 /*
1675  * This page is about to be returned from the page allocator
1676  */
1677 static inline int check_new_page(struct page *page)
1678 {
1679         if (likely(page_expected_state(page,
1680                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1681                 return 0;
1682
1683         check_new_page_bad(page);
1684         return 1;
1685 }
1686
1687 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1688 {
1689         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1690                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1691 }
1692
1693 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1694 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1695 {
1696         return false;
1697 }
1698
1699 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1700 {
1701         return check_new_page(page);
1702 }
1703 #else
1704 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1705 {
1706         return check_new_page(page);
1707 }
1708 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1709 {
1710         return false;
1711 }
1712 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1713
1714 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1715 {
1716         int i;
1717         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1718                 struct page *p = page + i;
1719
1720                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1721                         return true;
1722         }
1723
1724         return false;
1725 }
1726
1727 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1728                                                         unsigned int alloc_flags)
1729 {
1730         int i;
1731         bool poisoned = true;
1732
1733         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1734                 struct page *p = page + i;
1735                 if (poisoned)
1736                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1737         }
1738
1739         set_page_private(page, 0);
1740         set_page_refcounted(page);
1741
1742         arch_alloc_page(page, order);
1743         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1744         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1745         kasan_alloc_pages(page, order);
1746
1747         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1748                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1749                         clear_highpage(page + i);
1750
1751         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1752                 prep_compound_page(page, order);
1753
1754         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1755
1756         /*
1757          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1758          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1759          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1760          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1761          */
1762         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1763                 set_page_pfmemalloc(page);
1764         else
1765                 clear_page_pfmemalloc(page);
1766 }
1767
1768 /*
1769  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1770  * the smallest available page from the freelists
1771  */
1772 static inline
1773 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1774                                                 int migratetype)
1775 {
1776         unsigned int current_order;
1777         struct free_area *area;
1778         struct page *page;
1779
1780         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1781         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1782                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1783                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1784                                                         struct page, lru);
1785                 if (!page)
1786                         continue;
1787                 list_del(&page->lru);
1788                 rmv_page_order(page);
1789                 area->nr_free--;
1790                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1791                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1792                 return page;
1793         }
1794
1795         return NULL;
1796 }
1797
1798
1799 /*
1800  * This array describes the order lists are fallen back to when
1801  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1802  */
1803 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1804         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1805         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1806         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1807 #ifdef CONFIG_CMA
1808         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1809 #endif
1810 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1811         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1812 #endif
1813 };
1814
1815 #ifdef CONFIG_CMA
1816 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1817                                         unsigned int order)
1818 {
1819         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1820 }
1821 #else
1822 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1823                                         unsigned int order) { return NULL; }
1824 #endif
1825
1826 /*
1827  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1828  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1829  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1830  */
1831 int move_freepages(struct zone *zone,
1832                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1833                           int migratetype)
1834 {
1835         struct page *page;
1836         unsigned int order;
1837         int pages_moved = 0;
1838
1839 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1840         /*
1841          * page_zone is not safe to call in this context when
1842          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1843          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1844          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1845          * grouping pages by mobility
1846          */
1847         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1848 #endif
1849
1850         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1851                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1852                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1853
1854                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1855                         page++;
1856                         continue;
1857                 }
1858
1859                 if (!PageBuddy(page)) {
1860                         page++;
1861                         continue;
1862                 }
1863
1864                 order = page_order(page);
1865                 list_move(&page->lru,
1866                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1867                 page += 1 << order;
1868                 pages_moved += 1 << order;
1869         }
1870
1871         return pages_moved;
1872 }
1873
1874 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1875                                 int migratetype)
1876 {
1877         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1878         struct page *start_page, *end_page;
1879
1880         start_pfn = page_to_pfn(page);
1881         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1882         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1883         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1884         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1885
1886         /* Do not cross zone boundaries */
1887         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1888                 start_page = page;
1889         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1890                 return 0;
1891
1892         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1893 }
1894
1895 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1896                                         int start_order, int migratetype)
1897 {
1898         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1899
1900         while (nr_pageblocks--) {
1901                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1902                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1903         }
1904 }
1905
1906 /*
1907  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1908  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1909  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1910  *
1911  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1912  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1913  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1914  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1915  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1916  * pageblocks.
1917  */
1918 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1919 {
1920         /*
1921          * Leaving this order check is intended, although there is
1922          * relaxed order check in next check. The reason is that
1923          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1924          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1925          * so could be changed anytime.
1926          */
1927         if (order >= pageblock_order)
1928                 return true;
1929
1930         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1931                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1932                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1933                 page_group_by_mobility_disabled)
1934                 return true;
1935
1936         return false;
1937 }
1938
1939 /*
1940  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1941  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1942  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1943  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1944  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1945  */
1946 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1947                                                           int start_type)
1948 {
1949         unsigned int current_order = page_order(page);
1950         int pages;
1951
1952         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1953         if (current_order >= pageblock_order) {
1954                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1955                 return;
1956         }
1957
1958         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1959
1960         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1961         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1962                         page_group_by_mobility_disabled)
1963                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1964 }
1965
1966 /*
1967  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1968  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1969  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1970  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1971  */
1972 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1973                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1974 {
1975         int i;
1976         int fallback_mt;
1977
1978         if (area->nr_free == 0)
1979                 return -1;
1980
1981         *can_steal = false;
1982         for (i = 0;; i++) {
1983                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1984                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1985                         break;
1986
1987                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1988                         continue;
1989
1990                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1991                         *can_steal = true;
1992
1993                 if (!only_stealable)
1994                         return fallback_mt;
1995
1996                 if (*can_steal)
1997                         return fallback_mt;
1998         }
1999
2000         return -1;
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2005  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2006  */
2007 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2008                                 unsigned int alloc_order)
2009 {
2010         int mt;
2011         unsigned long max_managed, flags;
2012
2013         /*
2014          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2015          * Check is race-prone but harmless.
2016          */
2017         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2018         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2019                 return;
2020
2021         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2022
2023         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2024         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2025                 goto out_unlock;
2026
2027         /* Yoink! */
2028         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2029         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2030                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2031                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2032                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2033                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2034         }
2035
2036 out_unlock:
2037         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2038 }
2039
2040 /*
2041  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2042  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2043  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2044  * to recover from than an OOM.
2045  */
2046 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2047 {
2048         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2049         unsigned long flags;
2050         struct zoneref *z;
2051         struct zone *zone;
2052         struct page *page;
2053         int order;
2054
2055         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2056                                                                 ac->nodemask) {
2057                 /* Preserve at least one pageblock */
2058                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2059                         continue;
2060
2061                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2062                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2063                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2064
2065                         page = list_first_entry_or_null(
2066                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2067                                         struct page, lru);
2068                         if (!page)
2069                                 continue;
2070
2071                         /*
2072                          * It should never happen but changes to locking could
2073                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2074                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2075                          * and watch for underflows.
2076                          */
2077                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2078                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2079
2080                         /*
2081                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2082                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2083                          * is doing the work and needs the pages. More
2084                          * importantly, if the block was always converted to
2085                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2086                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2087                          * may increase.
2088                          */
2089                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2090                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2091                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2092                         return;
2093                 }
2094                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2095         }
2096 }
2097
2098 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2099 static inline struct page *
2100 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2101 {
2102         struct free_area *area;
2103         unsigned int current_order;
2104         struct page *page;
2105         int fallback_mt;
2106         bool can_steal;
2107
2108         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2109         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2110                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2111                                 --current_order) {
2112                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2113                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2114                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2115                 if (fallback_mt == -1)
2116                         continue;
2117
2118                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2119                                                 struct page, lru);
2120                 if (can_steal)
2121                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2122
2123                 /* Remove the page from the freelists */
2124                 area->nr_free--;
2125                 list_del(&page->lru);
2126                 rmv_page_order(page);
2127
2128                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2129                                         start_migratetype);
2130                 /*
2131                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2132                  * migratetype depending on the decisions in
2133                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2134                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2135                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2136                  */
2137                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2138
2139                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2140                         start_migratetype, fallback_mt);
2141
2142                 return page;
2143         }
2144
2145         return NULL;
2146 }
2147
2148 /*
2149  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2150  * Call me with the zone->lock already held.
2151  */
2152 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2153                                 int migratetype)
2154 {
2155         struct page *page;
2156
2157         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2158         if (unlikely(!page)) {
2159                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2160                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2161
2162                 if (!page)
2163                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2164         }
2165
2166         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2167         return page;
2168 }
2169
2170 /*
2171  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2172  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2173  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2174  */
2175 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2176                         unsigned long count, struct list_head *list,
2177                         int migratetype, bool cold)
2178 {
2179         int i;
2180
2181         spin_lock(&zone->lock);
2182         for (i = 0; i < count; ++i) {
2183                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2184                 if (unlikely(page == NULL))
2185                         break;
2186
2187                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2188                         continue;
2189
2190                 /*
2191                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2192                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2193                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2194                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2195                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2196                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2197                  * properly.
2198                  */
2199                 if (likely(!cold))
2200                         list_add(&page->lru, list);
2201                 else
2202                         list_add_tail(&page->lru, list);
2203                 list = &page->lru;
2204                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2205                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2206                                               -(1 << order));
2207         }
2208         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2209         spin_unlock(&zone->lock);
2210         return i;
2211 }
2212
2213 #ifdef CONFIG_NUMA
2214 /*
2215  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2216  * currently executing processor on remote nodes after they have
2217  * expired.
2218  *
2219  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2220  * a single processor.
2221  */
2222 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2223 {
2224         unsigned long flags;
2225         int to_drain, batch;
2226
2227         local_irq_save(flags);
2228         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2229         to_drain = min(pcp->count, batch);
2230         if (to_drain > 0) {
2231                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2232                 pcp->count -= to_drain;
2233         }
2234         local_irq_restore(flags);
2235 }
2236 #endif
2237
2238 /*
2239  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2240  *
2241  * The processor must either be the current processor and the
2242  * thread pinned to the current processor or a processor that
2243  * is not online.
2244  */
2245 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2246 {
2247         unsigned long flags;
2248         struct per_cpu_pageset *pset;
2249         struct per_cpu_pages *pcp;
2250
2251         local_irq_save(flags);
2252         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2253
2254         pcp = &pset->pcp;
2255         if (pcp->count) {
2256                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2257                 pcp->count = 0;
2258         }
2259         local_irq_restore(flags);
2260 }
2261
2262 /*
2263  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2264  *
2265  * The processor must either be the current processor and the
2266  * thread pinned to the current processor or a processor that
2267  * is not online.
2268  */
2269 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2270 {
2271         struct zone *zone;
2272
2273         for_each_populated_zone(zone) {
2274                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2275         }
2276 }
2277
2278 /*
2279  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2280  *
2281  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2282  * the single zone's pages.
2283  */
2284 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2285 {
2286         int cpu = smp_processor_id();
2287
2288         if (zone)
2289                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2290         else
2291                 drain_pages(cpu);
2292 }
2293
2294 /*
2295  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2296  *
2297  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2298  *
2299  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2300  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2301  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2302  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2303  * before the call to on_each_cpu_mask().
2304  */
2305 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2306 {
2307         int cpu;
2308
2309         /*
2310          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2311          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2312          */
2313         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2314
2315         /*
2316          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2317          * as offline notification will cause the notified
2318          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2319          * disables preemption as part of its processing
2320          */
2321         for_each_online_cpu(cpu) {
2322                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2323                 struct zone *z;
2324                 bool has_pcps = false;
2325
2326                 if (zone) {
2327                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2328                         if (pcp->pcp.count)
2329                                 has_pcps = true;
2330                 } else {
2331                         for_each_populated_zone(z) {
2332                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2333                                 if (pcp->pcp.count) {
2334                                         has_pcps = true;
2335                                         break;
2336                                 }
2337                         }
2338                 }
2339
2340                 if (has_pcps)
2341                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2342                 else
2343                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2344         }
2345         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2346                                                                 zone, 1);
2347 }
2348
2349 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2350
2351 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2352 {
2353         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2354         unsigned long flags;
2355         unsigned int order, t;
2356         struct page *page;
2357
2358         if (zone_is_empty(zone))
2359                 return;
2360
2361         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2362
2363         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2364         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2365                 if (pfn_valid(pfn)) {
2366                         page = pfn_to_page(pfn);
2367
2368                         if (page_zone(page) != zone)
2369                                 continue;
2370
2371                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2372                                 swsusp_unset_page_free(page);
2373                 }
2374
2375         for_each_migratetype_order(order, t) {
2376                 list_for_each_entry(page,
2377                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2378                         unsigned long i;
2379
2380                         pfn = page_to_pfn(page);
2381                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2382                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2383                 }
2384         }
2385         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2386 }
2387 #endif /* CONFIG_PM */
2388
2389 /*
2390  * Free a 0-order page
2391  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2392  */
2393 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2394 {
2395         struct zone *zone = page_zone(page);
2396         struct per_cpu_pages *pcp;
2397         unsigned long flags;
2398         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2399         int migratetype;
2400
2401         if (!free_pcp_prepare(page))
2402                 return;
2403
2404         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2405         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2406         local_irq_save(flags);
2407         __count_vm_event(PGFREE);
2408
2409         /*
2410          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2411          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2412          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2413          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2414          * excessively into the page allocator
2415          */
2416         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2417                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2418                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2419                         goto out;
2420                 }
2421                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2422         }
2423
2424         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2425         if (!cold)
2426                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2427         else
2428                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2429         pcp->count++;
2430         if (pcp->count >= pcp->high) {
2431                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2432                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2433                 pcp->count -= batch;
2434         }
2435
2436 out:
2437         local_irq_restore(flags);
2438 }
2439
2440 /*
2441  * Free a list of 0-order pages
2442  */
2443 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2444 {
2445         struct page *page, *next;
2446
2447         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2448                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2449                 free_hot_cold_page(page, cold);
2450         }
2451 }
2452
2453 /*
2454  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2455  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2456  * Each sub-page must be freed individually.
2457  *
2458  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2459  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2460  */
2461 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2462 {
2463         int i;
2464         gfp_t gfp_mask;
2465
2466         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2467         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2468
2469 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2470         /*
2471          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2472          * otherwise free the whole shadow.
2473          */
2474         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2475                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2476 #endif
2477
2478         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2479         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2480         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2481                 set_page_refcounted(page + i);
2482                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2483         }
2484 }
2485 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2486
2487 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2488 {
2489         unsigned long watermark;
2490         struct zone *zone;
2491         int mt;
2492
2493         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2494
2495         zone = page_zone(page);
2496         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2497
2498         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2499                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2500                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2501                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2502                         return 0;
2503
2504                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2505         }
2506
2507         /* Remove page from free list */
2508         list_del(&page->lru);
2509         zone->free_area[order].nr_free--;
2510         rmv_page_order(page);
2511
2512         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2513
2514         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2515         if (order >= pageblock_order - 1) {
2516                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2517                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2518                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2519                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2520                                 set_pageblock_migratetype(page,
2521                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2522                 }
2523         }
2524
2525
2526         return 1UL << order;
2527 }
2528
2529 /*
2530  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2531  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2532  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2533  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2534  * are enabled.
2535  *
2536  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2537  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2538  */
2539 int split_free_page(struct page *page)
2540 {
2541         unsigned int order;
2542         int nr_pages;
2543
2544         order = page_order(page);
2545
2546         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2547         if (!nr_pages)
2548                 return 0;
2549
2550         /* Split into individual pages */
2551         set_page_refcounted(page);
2552         split_page(page, order);
2553         return nr_pages;
2554 }
2555
2556 /*
2557  * Update NUMA hit/miss statistics
2558  *
2559  * Must be called with interrupts disabled.
2560  *
2561  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2562  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2563  * memory on behalf of other processes.
2564  */
2565 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2566                                                                 gfp_t flags)
2567 {
2568 #ifdef CONFIG_NUMA
2569         int local_nid = numa_node_id();
2570         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2571
2572         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2573                 local_stat = NUMA_OTHER;
2574                 local_nid = preferred_zone->node;
2575         }
2576
2577         if (z->node == local_nid) {
2578                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2579                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2580         } else {
2581                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2582                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2583         }
2584 #endif
2585 }
2586
2587 /*
2588  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2589  */
2590 static inline
2591 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2592                         struct zone *zone, unsigned int order,
2593                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2594                         int migratetype)
2595 {
2596         unsigned long flags;
2597         struct page *page;
2598         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2599
2600         if (likely(order == 0)) {
2601                 struct per_cpu_pages *pcp;
2602                 struct list_head *list;
2603
2604                 local_irq_save(flags);
2605                 do {
2606                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2607                         list = &pcp->lists[migratetype];
2608                         if (list_empty(list)) {
2609                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2610                                                 pcp->batch, list,
2611                                                 migratetype, cold);
2612                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2613                                         goto failed;
2614                         }
2615
2616                         if (cold)
2617                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2618                         else
2619                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2620
2621                         __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2622                         list_del(&page->lru);
2623                         pcp->count--;
2624
2625                 } while (check_new_pcp(page));
2626         } else {
2627                 /*
2628                  * We most definitely don't want callers attempting to
2629                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2630                  */
2631                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2632                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2633
2634                 do {
2635                         page = NULL;
2636                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2637                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2638                                 if (page)
2639                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2640                         }
2641                         if (!page)
2642                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2643                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2644                 spin_unlock(&zone->lock);
2645                 if (!page)
2646                         goto failed;
2647                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2648                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2649                                           get_pcppage_migratetype(page));
2650         }
2651
2652         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2653             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2654                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2655
2656         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2657         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2658         local_irq_restore(flags);
2659
2660         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2661         return page;
2662
2663 failed:
2664         local_irq_restore(flags);
2665         return NULL;
2666 }
2667
2668 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2669
2670 static struct {
2671         struct fault_attr attr;
2672
2673         bool ignore_gfp_highmem;
2674         bool ignore_gfp_reclaim;
2675         u32 min_order;
2676 } fail_page_alloc = {
2677         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2678         .ignore_gfp_reclaim = true,
2679         .ignore_gfp_highmem = true,
2680         .min_order = 1,
2681 };
2682
2683 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2684 {
2685         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2686 }
2687 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2688
2689 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2690 {
2691         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2692                 return false;
2693         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2694                 return false;
2695         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2696                 return false;
2697         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2698                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2699                 return false;
2700
2701         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2702 }
2703
2704 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2705
2706 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2707 {
2708         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2709         struct dentry *dir;
2710
2711         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2712                                         &fail_page_alloc.attr);
2713         if (IS_ERR(dir))
2714                 return PTR_ERR(dir);
2715
2716         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2717                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2718                 goto fail;
2719         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2720                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2721                 goto fail;
2722         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2723                                 &fail_page_alloc.min_order))
2724                 goto fail;
2725
2726         return 0;
2727 fail:
2728         debugfs_remove_recursive(dir);
2729
2730         return -ENOMEM;
2731 }
2732
2733 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2734
2735 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2736
2737 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2738
2739 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2740 {
2741         return false;
2742 }
2743
2744 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2745
2746 /*
2747  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2748  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2749  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2750  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2751  */
2752 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2753                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2754                          long free_pages)
2755 {
2756         long min = mark;
2757         int o;
2758         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2759
2760         /* free_pages may go negative - that's OK */
2761         free_pages -= (1 << order) - 1;
2762
2763         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2764                 min -= min / 2;
2765
2766         /*
2767          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2768          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2769          * atomic reserve but it avoids a search.
2770          */
2771         if (likely(!alloc_harder))
2772                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2773         else
2774                 min -= min / 4;
2775
2776 #ifdef CONFIG_CMA
2777         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2778         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2779                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2780 #endif
2781
2782         /*
2783          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2784          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2785          * even if a suitable page happened to be free.
2786          */
2787         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2788                 return false;
2789
2790         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2791         if (!order)
2792                 return true;
2793
2794         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2795         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2796                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2797                 int mt;
2798
2799                 if (!area->nr_free)
2800                         continue;
2801
2802                 if (alloc_harder)
2803                         return true;
2804
2805                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2806                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2807                                 return true;
2808                 }
2809
2810 #ifdef CONFIG_CMA
2811                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2812                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2813                         return true;
2814                 }
2815 #endif
2816         }
2817         return false;
2818 }
2819
2820 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2821                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2822 {
2823         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2824                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2825 }
2826
2827 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2828                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2829 {
2830         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2831         long cma_pages = 0;
2832
2833 #ifdef CONFIG_CMA
2834         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2835         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2836                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2837 #endif
2838
2839         /*
2840          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2841          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2842          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2843          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2844          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2845          */
2846         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2847                 return true;
2848
2849         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2850                                         free_pages);
2851 }
2852
2853 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2854                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2855 {
2856         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2857
2858         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2859                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2860
2861         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2862                                                                 free_pages);
2863 }
2864
2865 #ifdef CONFIG_NUMA
2866 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2867 {
2868         return local_zone->node == zone->node;
2869 }
2870
2871 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2872 {
2873         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2874                                 RECLAIM_DISTANCE;
2875 }
2876 #else   /* CONFIG_NUMA */
2877 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2878 {
2879         return true;
2880 }
2881
2882 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2883 {
2884         return true;
2885 }
2886 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2887
2888 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2889 {
2890         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2891
2892         do {
2893                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2894                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2895                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2896                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2897         } while (zone++ != preferred_zone);
2898 }
2899
2900 /*
2901  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2902  * a page.
2903  */
2904 static struct page *
2905 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2906                                                 const struct alloc_context *ac)
2907 {
2908         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2909         struct zone *zone;
2910         bool fair_skipped = false;
2911         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2912
2913 zonelist_scan:
2914         /*
2915          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2916          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2917          */
2918         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2919                                                                 ac->nodemask) {
2920                 struct page *page;
2921                 unsigned long mark;
2922
2923                 if (cpusets_enabled() &&
2924                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2925                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2926                                 continue;
2927                 /*
2928                  * Distribute pages in proportion to the individual
2929                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2930                  * page was allocated in should have no effect on the
2931                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2932                  */
2933                 if (apply_fair) {
2934                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2935                                 fair_skipped = true;
2936                                 continue;
2937                         }
2938                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2939                                 if (fair_skipped)
2940                                         goto reset_fair;
2941                                 apply_fair = false;
2942                         }
2943                 }
2944                 /*
2945                  * When allocating a page cache page for writing, we
2946                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2947                  * limit, such that no single zone holds more than its
2948                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2949                  * The dirty limits take into account the zone's
2950                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2951                  * should be able to balance it without having to
2952                  * write pages from its LRU list.
2953                  *
2954                  * This may look like it could increase pressure on
2955                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2956                  * before they are full.  But the pages that do spill
2957                  * over are limited as the lower zones are protected
2958                  * by this very same mechanism.  It should not become
2959                  * a practical burden to them.
2960                  *
2961                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2962                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2963                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2964                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2965                  * zones are together not big enough to reach the
2966                  * global limit.  The proper fix for these situations
2967                  * will require awareness of zones in the
2968                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2969                  */
2970                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2971                         continue;
2972
2973                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2974                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2975                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2976                         int ret;
2977
2978                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2979                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2980                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2981                                 goto try_this_zone;
2982
2983                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2984                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2985                                 continue;
2986
2987                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2988                         switch (ret) {
2989                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2990                                 /* did not scan */
2991                                 continue;
2992                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2993                                 /* scanned but unreclaimable */
2994                                 continue;
2995                         default:
2996                                 /* did we reclaim enough */
2997                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2998                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2999                                         goto try_this_zone;
3000
3001                                 continue;
3002                         }
3003                 }
3004
3005 try_this_zone:
3006                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3007                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3008                 if (page) {
3009                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3010
3011                         /*
3012                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3013                          * if the pageblock should be reserved for the future
3014                          */
3015                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3016                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3017
3018                         return page;
3019                 }
3020         }
3021
3022         /*
3023          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3024          * local node.  However, the local node might have free pages left
3025          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3026          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3027          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3028          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3029          */
3030         if (fair_skipped) {
3031 reset_fair:
3032                 apply_fair = false;
3033                 fair_skipped = false;
3034                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3035                 z = ac->preferred_zoneref;
3036                 goto zonelist_scan;
3037         }
3038
3039         return NULL;
3040 }
3041
3042 /*
3043  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3044  * meminfo in irq context.
3045  */
3046 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3047 {
3048         bool ret = false;
3049
3050 #if NODES_SHIFT > 8
3051         ret = in_interrupt();
3052 #endif
3053         return ret;
3054 }
3055
3056 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3057                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3058                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3059
3060 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3061 {
3062         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3063
3064         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3065             debug_guardpage_minorder() > 0)
3066                 return;
3067
3068         /*
3069          * This documents exceptions given to allocations in certain
3070          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3071          * of allowed nodes.
3072          */
3073         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3074                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3075                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3076                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3077         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3078                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3079
3080         if (fmt) {
3081                 struct va_format vaf;
3082                 va_list args;
3083
3084                 va_start(args, fmt);
3085
3086                 vaf.fmt = fmt;
3087                 vaf.va = &args;
3088
3089                 pr_warn("%pV", &vaf);
3090
3091                 va_end(args);
3092         }
3093
3094         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3095                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3096         dump_stack();
3097         if (!should_suppress_show_mem())
3098                 show_mem(filter);
3099 }
3100
3101 static inline struct page *
3102 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3103         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3104 {
3105         struct oom_control oc = {
3106                 .zonelist = ac->zonelist,
3107                 .nodemask = ac->nodemask,
3108                 .memcg = NULL,
3109                 .gfp_mask = gfp_mask,
3110                 .order = order,
3111         };
3112         struct page *page;
3113
3114         *did_some_progress = 0;
3115
3116         /*
3117          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3118          * making progress for us.
3119          */
3120         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3121                 *did_some_progress = 1;
3122                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3123                 return NULL;
3124         }
3125
3126         /*
3127          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3128          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3129          * we're still under heavy pressure.
3130          */
3131         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3132                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3133         if (page)
3134                 goto out;
3135
3136         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3137                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3138                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3139                         goto out;
3140                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3141                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3142                         goto out;
3143                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3144                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3145                         goto out;
3146                 if (pm_suspended_storage())
3147                         goto out;
3148                 /*
3149                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3150                  * other request to make a forward progress.
3151                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3152                  * do much for this context but let's try it to at least get
3153                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3154                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3155                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3156                  */
3157
3158                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3159                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3160                         goto out;
3161         }
3162         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3163         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3164                 *did_some_progress = 1;
3165
3166                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3167                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3168                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3169                         /*
3170                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3171                          * are depleted
3172                          */
3173                         if (!page)
3174                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3175                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3176                 }
3177         }
3178 out:
3179         mutex_unlock(&oom_lock);
3180         return page;
3181 }
3182
3183
3184 /*
3185  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3186  * killer is consider as the only way to move forward.
3187  */
3188 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3189
3190 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3191 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3192 static struct page *
3193 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3194                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3195                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3196 {
3197         struct page *page;
3198         int contended_compaction;
3199
3200         if (!order)
3201                 return NULL;
3202
3203         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3204         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3205                                                 mode, &contended_compaction);
3206         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3207
3208         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3209                 return NULL;
3210
3211         /*
3212          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3213          * count a compaction stall
3214          */
3215         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3216
3217         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3218                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3219
3220         if (page) {
3221                 struct zone *zone = page_zone(page);
3222
3223                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3224                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3225                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3226                 return page;
3227         }
3228
3229         /*
3230          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3231          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3232          */
3233         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3234
3235         /*
3236          * In all zones where compaction was attempted (and not
3237          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3238          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3239          * so we fallback to base pages instead.
3240          */
3241         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3242                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3243
3244         /*
3245          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3246          * want to further increase allocation latency, unless it is
3247          * khugepaged trying to collapse.
3248          */
3249         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3250                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3251                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3252
3253         cond_resched();
3254
3255         return NULL;
3256 }
3257
3258 static inline bool
3259 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3260                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3261                      int compaction_retries)
3262 {
3263         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3264
3265         if (!order)
3266                 return false;
3267
3268         /*
3269          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3270          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3271          * failure could be caused by weak migration mode.
3272          */
3273         if (compaction_failed(compact_result)) {
3274                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3275                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3276                         return true;
3277                 }
3278                 return false;
3279         }
3280
3281         /*
3282          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3283          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3284          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3285          * compaction.
3286          */
3287         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3288                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3289
3290         /*
3291          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3292          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3293          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3294          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3295          * would need much more detailed feedback from compaction to
3296          * make a better decision.
3297          */
3298         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3299                 max_retries /= 4;
3300         if (compaction_retries <= max_retries)
3301                 return true;
3302
3303         return false;
3304 }
3305 #else
3306 static inline struct page *
3307 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3308                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3309                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3310 {
3311         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3312         return NULL;
3313 }
3314
3315 static inline bool
3316 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3317                      enum compact_result compact_result,
3318                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3319                      int compaction_retries)
3320 {
3321         struct zone *zone;
3322         struct zoneref *z;
3323
3324         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3325                 return false;
3326
3327         /*
3328          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3329          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3330          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3331          * watermarks are OK.
3332          */
3333         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3334                                         ac->nodemask) {
3335                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3336                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3337                         return true;
3338         }
3339         return false;
3340 }
3341 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3342
3343 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3344 static int
3345 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3346                                         const struct alloc_context *ac)
3347 {
3348         struct reclaim_state reclaim_state;
3349         int progress;
3350
3351         cond_resched();
3352
3353         /* We now go into synchronous reclaim */
3354         cpuset_memory_pressure_bump();
3355         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3356         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3357         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3358         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3359
3360         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3361                                                                 ac->nodemask);
3362
3363         current->reclaim_state = NULL;
3364         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3365         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3366
3367         cond_resched();
3368
3369         return progress;
3370 }
3371
3372 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3373 static inline struct page *
3374 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3375                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3376                 unsigned long *did_some_progress)
3377 {
3378         struct page *page = NULL;
3379         bool drained = false;
3380
3381         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3382         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3383                 return NULL;
3384
3385 retry:
3386         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3387                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3388
3389         /*
3390          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3391          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3392          * Shrink them them and try again
3393          */
3394         if (!page && !drained) {
3395                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3396                 drain_all_pages(NULL);
3397                 drained = true;
3398                 goto retry;
3399         }
3400
3401         return page;
3402 }
3403
3404 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3405 {
3406         struct zoneref *z;
3407         struct zone *zone;
3408
3409         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3410                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3411                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3412 }
3413
3414 static inline unsigned int
3415 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3416 {
3417         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3418
3419         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3420         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3421
3422         /*
3423          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3424          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3425          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3426          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3427          */
3428         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3429
3430         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3431                 /*
3432                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3433                  * if it can't schedule.
3434                  */
3435                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3436                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3437                 /*
3438                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3439                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3440                  */
3441                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3442         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3443                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3444
3445         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3446                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3447                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3448                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3449                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3450                 else if (!in_interrupt() &&
3451                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3452                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3453                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3454         }
3455 #ifdef CONFIG_CMA
3456         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3457                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3458 #endif
3459         return alloc_flags;
3460 }
3461
3462 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3463 {
3464         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3465 }
3466
3467 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3468 {
3469         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3470 }
3471
3472 /*
3473  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3474  * is consider as the only way to move forward.
3475  */
3476 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3477
3478 /*
3479  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3480  * for the given allocation request.
3481  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3482  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3483  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3484  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3485  * no_progress_loops).
3486  *
3487  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3488  */
3489 static inline bool
3490 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3491                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3492                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3493 {
3494         struct zone *zone;
3495         struct zoneref *z;
3496
3497         /*
3498          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3499          * several times in the row.
3500          */
3501         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3502                 return false;
3503
3504         /*
3505          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3506          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3507          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3508          * to go OOM.
3509          */
3510         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3511                                         ac->nodemask) {
3512                 unsigned long available;
3513                 unsigned long reclaimable;
3514
3515                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3516                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3517                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3518                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3519
3520                 /*
3521                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3522                  * available?
3523                  */
3524                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3525                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3526                         /*
3527                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3528                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3529                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3530                          * prevent from pre mature OOM
3531                          */
3532                         if (!did_some_progress) {
3533                                 unsigned long writeback;
3534                                 unsigned long dirty;
3535
3536                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3537                                                                      NR_WRITEBACK);
3538                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3539
3540                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3541                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3542                                         return true;
3543                                 }
3544                         }
3545
3546                         /*
3547                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3548                          * context and the current implementation of the WQ
3549                          * concurrency control doesn't recognize that
3550                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3551                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3552                          * do a short sleep here rather than calling
3553                          * cond_resched().
3554                          */
3555                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3556                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3557                         else
3558                                 cond_resched();
3559
3560                         return true;
3561                 }
3562         }
3563
3564         return false;
3565 }
3566
3567 static inline struct page *
3568 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3569                                                 struct alloc_context *ac)
3570 {
3571         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3572         struct page *page = NULL;
3573         unsigned int alloc_flags;
3574         unsigned long did_some_progress;
3575         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3576         enum compact_result compact_result;
3577         int compaction_retries = 0;
3578         int no_progress_loops = 0;
3579
3580         /*
3581          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3582          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3583          * be using allocators in order of preference for an area that is
3584          * too large.
3585          */
3586         if (order >= MAX_ORDER) {
3587                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3588                 return NULL;
3589         }
3590
3591         /*
3592          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3593          * callers that are not in atomic context.
3594          */
3595         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3596                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3597                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3598
3599 retry:
3600         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3601                 wake_all_kswapds(order, ac);
3602
3603         /*
3604          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3605          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3606          * to how we want to proceed.
3607          */
3608         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3609
3610         /*
3611          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3612          * These allocations are high priority and system rather than user
3613          * orientated.
3614          */
3615         if ((alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) || !(alloc_flags & ALLOC_CPUSET)) {
3616                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3617                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3618                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3619         }
3620
3621         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3622         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3623                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3624         if (page)
3625                 goto got_pg;
3626
3627         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3628         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3629                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3630                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3631                 if (page)
3632                         goto got_pg;
3633         }
3634
3635         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3636         if (!can_direct_reclaim) {
3637                 /*
3638                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3639                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3640                  * to fail.
3641                  */
3642                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3643                 goto nopage;
3644         }
3645
3646         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3647         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3648                 /*
3649                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3650                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3651                  * for somebody to do a work for us.
3652                  */
3653                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3654                         cond_resched();
3655                         goto retry;
3656                 }
3657                 goto nopage;
3658         }
3659
3660         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3661         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3662                 goto nopage;
3663
3664         /*
3665          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3666          * attempts after direct reclaim are synchronous
3667          */
3668         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3669                                         migration_mode,
3670                                         &compact_result);
3671         if (page)
3672                 goto got_pg;
3673
3674         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3675         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3676                 /*
3677                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3678                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3679                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3680                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3681                  * instead of entering direct reclaim.
3682                  */
3683                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3684                         goto nopage;
3685
3686                 /*
3687                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3688                  * excessive stalls.
3689                  */
3690                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3691                         goto nopage;
3692         }
3693
3694         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3695                 compaction_retries++;
3696
3697         /* Try direct reclaim and then allocating */
3698         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3699                                                         &did_some_progress);
3700         if (page)
3701                 goto got_pg;
3702
3703         /* Do not loop if specifically requested */
3704         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3705                 goto noretry;
3706
3707         /*
3708          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3709          * __GFP_REPEAT
3710          */
3711         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3712                 goto noretry;
3713
3714         /*
3715          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3716          * their order will become available due to high fragmentation so
3717          * always increment the no progress counter for them
3718          */
3719         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3720                 no_progress_loops = 0;
3721         else
3722                 no_progress_loops++;
3723
3724         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3725                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3726                 goto retry;
3727
3728         /*
3729          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3730          * reclaim is not able to make any progress because the current
3731          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3732          * of free memory (see __compaction_suitable)
3733          */
3734         if (did_some_progress > 0 &&
3735                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3736                                 compact_result, &migration_mode,
3737                                 compaction_retries))
3738                 goto retry;
3739
3740         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3741         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3742         if (page)
3743                 goto got_pg;
3744
3745         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3746         if (did_some_progress) {
3747                 no_progress_loops = 0;
3748                 goto retry;
3749         }
3750
3751 noretry:
3752         /*
3753          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3754          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3755          * reclaim so call directly if necessary.
3756          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3757          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3758          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3759          * at least light sync migration.
3760          */
3761         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3762                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3763         else
3764                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3765         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3766                                             ac, migration_mode,
3767                                             &compact_result);
3768         if (page)
3769                 goto got_pg;
3770 nopage:
3771         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3772 got_pg:
3773         return page;
3774 }
3775
3776 /*
3777  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3778  */
3779 struct page *
3780 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3781                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3782 {
3783         struct page *page;
3784         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3785         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3786         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3787         struct alloc_context ac = {
3788                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3789                 .zonelist = zonelist,
3790                 .nodemask = nodemask,
3791                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3792         };
3793
3794         if (cpusets_enabled()) {
3795                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3796                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3797                 if (!ac.nodemask)
3798                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3799         }
3800
3801         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3802
3803         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3804
3805         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3806
3807         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3808                 return NULL;
3809
3810         /*
3811          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3812          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3813          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3814          */
3815         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3816                 return NULL;
3817
3818         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3819                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3820
3821 retry_cpuset:
3822         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3823
3824         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3825         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3826
3827         /*
3828          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3829          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3830          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3831          */
3832         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3833                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3834         if (!ac.preferred_zoneref) {
3835                 page = NULL;
3836                 goto no_zone;
3837         }
3838
3839         /* First allocation attempt */
3840         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3841         if (likely(page))
3842                 goto out;
3843
3844         /*
3845          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3846          * because I/O on the device might not complete.
3847          */
3848         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3849         ac.spread_dirty_pages = false;
3850
3851         /*
3852          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3853          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3854          */
3855         if (cpusets_enabled())
3856                 ac.nodemask = nodemask;
3857         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3858
3859 no_zone:
3860         /*
3861          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3862          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3863          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3864          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3865          */
3866         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3867                 alloc_mask = gfp_mask;
3868                 goto retry_cpuset;
3869         }
3870
3871 out:
3872         if (kmemcheck_enabled && page)
3873                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3874
3875         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3876
3877         return page;
3878 }
3879 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3880
3881 /*
3882  * Common helper functions.
3883  */
3884 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3885 {
3886         struct page *page;
3887
3888         /*
3889          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3890          * a highmem page
3891          */
3892         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3893
3894         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3895         if (!page)
3896                 return 0;
3897         return (unsigned long) page_address(page);
3898 }
3899 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3900
3901 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3902 {
3903         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3904 }
3905 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3906
3907 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3908 {
3909         if (put_page_testzero(page)) {
3910                 if (order == 0)
3911                         free_hot_cold_page(page, false);
3912                 else
3913                         __free_pages_ok(page, order);
3914         }
3915 }
3916
3917 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3918
3919 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3920 {
3921         if (addr != 0) {
3922                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3923                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3924         }
3925 }
3926
3927 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3928
3929 /*
3930  * Page Fragment:
3931  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3932  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3933  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3934  *
3935  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3936  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3937  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3938  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3939  */
3940 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3941                                        gfp_t gfp_mask)
3942 {
3943         struct page *page = NULL;
3944         gfp_t gfp = gfp_mask;
3945
3946 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3947         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3948                     __GFP_NOMEMALLOC;
3949         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3950                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3951         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3952 #endif
3953         if (unlikely(!page))
3954                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3955
3956         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3957
3958         return page;
3959 }
3960
3961 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3962                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3963 {
3964         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3965         struct page *page;
3966         int offset;
3967
3968         if (unlikely(!nc->va)) {
3969 refill:
3970                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3971                 if (!page)
3972                         return NULL;
3973
3974 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3975                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3976                 size = nc->size;
3977 #endif
3978                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3979                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3980                  */
3981                 page_ref_add(page, size - 1);
3982
3983                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3984                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3985                 nc->pagecnt_bias = size;
3986                 nc->offset = size;
3987         }
3988
3989         offset = nc->offset - fragsz;
3990         if (unlikely(offset < 0)) {
3991                 page = virt_to_page(nc->va);
3992
3993                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3994                         goto refill;
3995
3996 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3997                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3998                 size = nc->size;
3999 #endif
4000                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4001                 set_page_count(page, size);
4002
4003                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4004                 nc->pagecnt_bias = size;
4005                 offset = size - fragsz;
4006         }
4007
4008         nc->pagecnt_bias--;
4009         nc->offset = offset;
4010
4011         return nc->va + offset;
4012 }
4013 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
4014
4015 /*
4016  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4017  */
4018 void __free_page_frag(void *addr)
4019 {
4020         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4021
4022         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4023                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4024 }
4025 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4026
4027 /*
4028  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4029  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4030  * equivalent to alloc_pages.
4031  *
4032  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4033  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4034  */
4035 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4036 {
4037         struct page *page;
4038
4039         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4040         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4041                 __free_pages(page, order);
4042                 page = NULL;
4043         }
4044         return page;
4045 }
4046
4047 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4048 {
4049         struct page *page;
4050
4051         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4052         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4053                 __free_pages(page, order);
4054                 page = NULL;
4055         }
4056         return page;
4057 }
4058
4059 /*
4060  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4061  * alloc_kmem_pages.
4062  */
4063 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4064 {
4065         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4066         __free_pages(page, order);
4067 }
4068
4069 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4070 {
4071         if (addr != 0) {
4072                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4073                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4074         }
4075 }
4076
4077 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4078                 size_t size)
4079 {
4080         if (addr) {
4081                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4082                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4083
4084                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4085                 while (used < alloc_end) {
4086                         free_page(used);
4087                         used += PAGE_SIZE;
4088                 }
4089         }
4090         return (void *)addr;
4091 }
4092
4093 /**
4094  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4095  * @size: the number of bytes to allocate
4096  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4097  *
4098  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4099  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4100  * allocate memory in power-of-two pages.
4101  *
4102  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4103  *
4104  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4105  */
4106 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4107 {
4108         unsigned int order = get_order(size);
4109         unsigned long addr;
4110
4111         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4112         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4113 }
4114 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4115
4116 /**
4117  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4118  *                         pages on a node.
4119  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4120  * @size: the number of bytes to allocate
4121  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4122  *
4123  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4124  * back.
4125  */
4126 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4127 {
4128         unsigned int order = get_order(size);
4129         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4130         if (!p)
4131                 return NULL;
4132         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4133 }
4134
4135 /**
4136  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4137  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4138  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4139  *
4140  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4141  */
4142 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4143 {
4144         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4145         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4146
4147         while (addr < end) {
4148                 free_page(addr);
4149                 addr += PAGE_SIZE;
4150         }
4151 }
4152 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4153
4154 /**
4155  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4156  * @offset: The zone index of the highest zone
4157  *
4158  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4159  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4160  * zone, the number of pages is calculated as:
4161  *     managed_pages - high_pages
4162  */
4163 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4164 {
4165         struct zoneref *z;
4166         struct zone *zone;
4167
4168         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4169         unsigned long sum = 0;
4170
4171         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4172
4173         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4174                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4175                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4176                 if (size > high)
4177                         sum += size - high;
4178         }
4179
4180         return sum;
4181 }
4182
4183 /**
4184  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4185  *
4186  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4187  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4188  */
4189 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4190 {
4191         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4192 }
4193 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4194
4195 /**
4196  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4197  *
4198  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4199  * high watermark within all zones.
4200  */
4201 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4202 {
4203         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4204 }
4205
4206 static inline void show_node(struct zone *zone)
4207 {
4208         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4209                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4210 }
4211
4212 long si_mem_available(void)
4213 {
4214         long available;
4215         unsigned long pagecache;
4216         unsigned long wmark_low = 0;
4217         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4218         struct zone *zone;
4219         int lru;
4220
4221         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4222                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4223
4224         for_each_zone(zone)
4225                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4226
4227         /*
4228          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4229          * without causing swapping.
4230          */
4231         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4232
4233         /*
4234          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4235          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4236          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4237          */
4238         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4239         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4240         available += pagecache;
4241
4242         /*
4243          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4244          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4245          */
4246         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4247                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4248
4249         if (available < 0)
4250                 available = 0;
4251         return available;
4252 }
4253 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4254
4255 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4256 {
4257         val->totalram = totalram_pages;
4258         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4259         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4260         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4261         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4262         val->freehigh = nr_free_highpages();
4263         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4264 }
4265
4266 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4267
4268 #ifdef CONFIG_NUMA
4269 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4270 {
4271         int zone_type;          /* needs to be signed */
4272         unsigned long managed_pages = 0;
4273         unsigned long managed_highpages = 0;
4274         unsigned long free_highpages = 0;
4275         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4276
4277         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4278                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4279         val->totalram = managed_pages;
4280         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4281         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4282 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4283         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4284                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4285
4286                 if (is_highmem(zone)) {
4287                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4288                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4289                 }
4290         }
4291         val->totalhigh = managed_highpages;
4292         val->freehigh = free_highpages;
4293 #else
4294         val->totalhigh = managed_highpages;
4295         val->freehigh = free_highpages;
4296 #endif
4297         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4298 }
4299 #endif
4300
4301 /*
4302  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4303  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4304  */
4305 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4306 {
4307         bool ret = false;
4308         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4309
4310         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4311                 goto out;
4312
4313         do {
4314                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4315                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4316         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4317 out:
4318         return ret;
4319 }
4320
4321 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4322
4323 static void show_migration_types(unsigned char type)
4324 {
4325         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4326                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4327                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4328                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4329                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4330 #ifdef CONFIG_CMA
4331                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4332 #endif
4333 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4334                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4335 #endif
4336         };
4337         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4338         char *p = tmp;
4339         int i;
4340
4341         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4342                 if (type & (1 << i))
4343                         *p++ = types[i];
4344         }
4345
4346         *p = '\0';
4347         printk("(%s) ", tmp);
4348 }
4349
4350 /*
4351  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4352  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4353  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4354  *
4355  * Bits in @filter:
4356  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4357  *   cpuset.
4358  */
4359 void show_free_areas(unsigned int filter)
4360 {
4361         unsigned long free_pcp = 0;
4362         int cpu;
4363         struct zone *zone;
4364
4365         for_each_populated_zone(zone) {
4366                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4367                         continue;
4368
4369                 for_each_online_cpu(cpu)
4370                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4371         }
4372
4373         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4374                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4375                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4376                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4377                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4378                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4379                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4380                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4381                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4382                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4383                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4384                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4385                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4386                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4387                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4388                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4389                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4390                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4391                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4392                 global_page_state(NR_SHMEM),
4393                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4394                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4395                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4396                 free_pcp,
4397                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4398
4399         for_each_populated_zone(zone) {
4400                 int i;
4401
4402                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4403                         continue;
4404
4405                 free_pcp = 0;
4406                 for_each_online_cpu(cpu)
4407                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4408
4409                 show_node(zone);
4410                 printk("%s"
4411                         " free:%lukB"
4412                         " min:%lukB"
4413                         " low:%lukB"
4414                         " high:%lukB"
4415                         " active_anon:%lukB"
4416                         " inactive_anon:%lukB"
4417                         " active_file:%lukB"
4418                         " inactive_file:%lukB"
4419                         " unevictable:%lukB"
4420                         " isolated(anon):%lukB"
4421                         " isolated(file):%lukB"
4422                         " present:%lukB"
4423                         " managed:%lukB"
4424                         " mlocked:%lukB"
4425                         " dirty:%lukB"
4426                         " writeback:%lukB"
4427                         " mapped:%lukB"
4428                         " shmem:%lukB"
4429                         " slab_reclaimable:%lukB"
4430                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4431                         " kernel_stack:%lukB"
4432                         " pagetables:%lukB"
4433                         " unstable:%lukB"
4434                         " bounce:%lukB"
4435                         " free_pcp:%lukB"
4436                         " local_pcp:%ukB"
4437                         " free_cma:%lukB"
4438                         " writeback_tmp:%lukB"
4439                         " pages_scanned:%lu"
4440                         " all_unreclaimable? %s"
4441                         "\n",
4442                         zone->name,
4443                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4444                         K(min_wmark_pages(zone)),
4445                         K(low_wmark_pages(zone)),
4446                         K(high_wmark_pages(zone)),
4447                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4448                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4449                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4450                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4451                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4452                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4453                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4454                         K(zone->present_pages),
4455                         K(zone->managed_pages),
4456                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4457                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4458                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4459                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4460                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4461                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4462                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4463                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4464                                 THREAD_SIZE / 1024,
4465                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4466                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4467                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4468                         K(free_pcp),
4469                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4470                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4471                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4472                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4473                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4474                         );
4475                 printk("lowmem_reserve[]:");
4476                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4477                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4478                 printk("\n");
4479         }
4480
4481         for_each_populated_zone(zone) {
4482                 unsigned int order;
4483                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4484                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4485
4486                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4487                         continue;
4488                 show_node(zone);
4489                 printk("%s: ", zone->name);
4490
4491                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4492                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4493                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4494                         int type;
4495
4496                         nr[order] = area->nr_free;
4497                         total += nr[order] << order;
4498
4499                         types[order] = 0;
4500                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4501                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4502                                         types[order] |= 1 << type;
4503                         }
4504                 }
4505                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4506                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4507                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4508                         if (nr[order])
4509                                 show_migration_types(types[order]);
4510                 }
4511                 printk("= %lukB\n", K(total));
4512         }
4513
4514         hugetlb_show_meminfo();
4515
4516         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4517
4518         show_swap_cache_info();
4519 }
4520
4521 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4522 {
4523         zoneref->zone = zone;
4524         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4525 }
4526
4527 /*
4528  * Builds allocation fallback zone lists.
4529  *
4530  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4531  */
4532 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4533                                 int nr_zones)
4534 {
4535         struct zone *zone;
4536         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4537
4538         do {
4539                 zone_type--;
4540                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4541                 if (populated_zone(zone)) {
4542                         zoneref_set_zone(zone,
4543                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4544                         check_highest_zone(zone_type);
4545                 }
4546         } while (zone_type);
4547
4548         return nr_zones;
4549 }
4550
4551
4552 /*
4553  *  zonelist_order:
4554  *  0 = automatic detection of better ordering.
4555  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4556  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4557  *
4558  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4559  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4560  */
4561 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4562 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4563 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4564
4565 /* zonelist order in the kernel.
4566  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4567  */
4568 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4569 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4570
4571
4572 #ifdef CONFIG_NUMA
4573 /* The value user specified ....changed by config */
4574 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4575 /* string for sysctl */
4576 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4577 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4578
4579 /*
4580  * interface for configure zonelist ordering.
4581  * command line option "numa_zonelist_order"
4582  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4583  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4584  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4585  */
4586
4587 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4588 {
4589         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4590                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4591         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4592                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4593         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4594                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4595         } else {
4596                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4597                 return -EINVAL;
4598         }
4599         return 0;
4600 }
4601
4602 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4603 {
4604         int ret;
4605
4606         if (!s)
4607                 return 0;
4608
4609         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4610         if (ret == 0)
4611                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4612
4613         return ret;
4614 }
4615 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4616
4617 /*
4618  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4619  */
4620 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4621                 void __user *buffer, size_t *length,
4622                 loff_t *ppos)
4623 {
4624         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4625         int ret;
4626         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4627
4628         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4629         if (write) {
4630                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4631                         ret = -EINVAL;
4632                         goto out;
4633                 }
4634                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4635         }
4636         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4637         if (ret)
4638                 goto out;
4639         if (write) {
4640                 int oldval = user_zonelist_order;
4641
4642                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4643                 if (ret) {
4644                         /*
4645                          * bogus value.  restore saved string
4646                          */
4647                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4648                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4649                         user_zonelist_order = oldval;
4650                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4651                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4652                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4653                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4654                 }
4655         }
4656 out:
4657         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4658         return ret;
4659 }
4660
4661
4662 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4663 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4664
4665 /**
4666  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4667  * @node: node whose fallback list we're appending
4668  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4669  *
4670  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4671  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4672  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4673  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4674  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4675  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4676  * on them otherwise.
4677  * It returns -1 if no node is found.
4678  */
4679 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4680 {
4681         int n, val;
4682         int min_val = INT_MAX;
4683         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4684         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4685
4686         /* Use the local node if we haven't already */
4687         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4688                 node_set(node, *used_node_mask);
4689                 return node;
4690         }
4691
4692         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4693
4694                 /* Don't want a node to appear more than once */
4695                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4696                         continue;
4697
4698                 /* Use the distance array to find the distance */
4699                 val = node_distance(node, n);
4700
4701                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4702                 val += (n < node);
4703
4704                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4705                 tmp = cpumask_of_node(n);
4706                 if (!cpumask_empty(tmp))
4707                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4708
4709                 /* Slight preference for less loaded node */
4710                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4711                 val += node_load[n];
4712
4713                 if (val < min_val) {
4714                         min_val = val;
4715                         best_node = n;
4716                 }
4717         }
4718
4719         if (best_node >= 0)
4720                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4721
4722         return best_node;
4723 }
4724
4725
4726 /*
4727  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4728  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4729  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4730  */
4731 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4732 {
4733         int j;
4734         struct zonelist *zonelist;
4735
4736         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4737         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4738                 ;
4739         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4740         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4741         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4742 }
4743
4744 /*
4745  * Build gfp_thisnode zonelists
4746  */
4747 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4748 {
4749         int j;
4750         struct zonelist *zonelist;
4751
4752         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4753         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4754         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4755         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4756 }
4757
4758 /*
4759  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4760  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4761  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4762  * may still exist in local DMA zone.
4763  */
4764 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4765
4766 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4767 {
4768         int pos, j, node;
4769         int zone_type;          /* needs to be signed */
4770         struct zone *z;
4771         struct zonelist *zonelist;
4772
4773         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4774         pos = 0;
4775         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4776                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4777                         node = node_order[j];
4778                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4779                         if (populated_zone(z)) {
4780                                 zoneref_set_zone(z,
4781                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4782                                 check_highest_zone(zone_type);
4783                         }
4784                 }
4785         }
4786         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4787         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4788 }
4789
4790 #if defined(CONFIG_64BIT)
4791 /*
4792  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4793  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4794  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4795  */
4796 static int default_zonelist_order(void)
4797 {
4798         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4799 }
4800 #else
4801 /*
4802  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4803  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4804  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4805  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4806  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4807  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4808  */
4809 static int default_zonelist_order(void)
4810 {
4811         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4812 }
4813 #endif /* CONFIG_64BIT */
4814
4815 static void set_zonelist_order(void)
4816 {
4817         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4818                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4819         else
4820                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4821 }
4822
4823 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4824 {
4825         int i, node, load;
4826         nodemask_t used_mask;
4827         int local_node, prev_node;
4828         struct zonelist *zonelist;
4829         unsigned int order = current_zonelist_order;
4830
4831         /* initialize zonelists */
4832         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4833                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4834                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4835                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4836         }
4837
4838         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4839         local_node = pgdat->node_id;
4840         load = nr_online_nodes;
4841         prev_node = local_node;
4842         nodes_clear(used_mask);
4843
4844         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4845         i = 0;
4846
4847         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4848                 /*
4849                  * We don't want to pressure a particular node.
4850                  * So adding penalty to the first node in same
4851                  * distance group to make it round-robin.
4852                  */
4853                 if (node_distance(local_node, node) !=
4854                     node_distance(local_node, prev_node))
4855                         node_load[node] = load;
4856
4857                 prev_node = node;
4858                 load--;
4859                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4860                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4861                 else
4862                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4863         }
4864
4865         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4866                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4867                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4868         }
4869
4870         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4871 }
4872
4873 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4874 /*
4875  * Return node id of node used for "local" allocations.
4876  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4877  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4878  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4879  */
4880 int local_memory_node(int node)
4881 {
4882         struct zoneref *z;
4883
4884         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4885                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4886                                    NULL);
4887         return z->zone->node;
4888 }
4889 #endif
4890
4891 #else   /* CONFIG_NUMA */
4892
4893 static void set_zonelist_order(void)
4894 {
4895         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4896 }
4897
4898 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4899 {
4900         int node, local_node;
4901         enum zone_type j;
4902         struct zonelist *zonelist;
4903
4904         local_node = pgdat->node_id;
4905
4906         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4907         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4908
4909         /*
4910          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4911          * of all the other nodes.
4912          * We don't want to pressure a particular node, so when
4913          * building the zones for node N, we make sure that the
4914          * zones coming right after the local ones are those from
4915          * node N+1 (modulo N)
4916          */
4917         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4918                 if (!node_online(node))
4919                         continue;
4920                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4921         }
4922         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4923                 if (!node_online(node))
4924                         continue;
4925                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4926         }
4927
4928         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4929         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4930 }
4931
4932 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4933
4934 /*
4935  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4936  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4937  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4938  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4939  * with interrupts disabled.
4940  *
4941  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4942  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4943  * hotplugged processors.
4944  *
4945  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4946  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4947  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4948  */
4949 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4950 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4951 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4952
4953 /*
4954  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4955  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4956  */
4957 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4958
4959 /* return values int ....just for stop_machine() */
4960 static int __build_all_zonelists(void *data)
4961 {
4962         int nid;
4963         int cpu;
4964         pg_data_t *self = data;
4965
4966 #ifdef CONFIG_NUMA
4967         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4968 #endif
4969
4970         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4971                 build_zonelists(self);
4972         }
4973
4974         for_each_online_node(nid) {
4975                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4976
4977                 build_zonelists(pgdat);
4978         }
4979
4980         /*
4981          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4982          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4983          * each zone will be allocated later when the per cpu
4984          * allocator is available.
4985          *
4986          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4987          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4988          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4989          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4990          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4991          * (a chicken-egg dilemma).
4992          */
4993         for_each_possible_cpu(cpu) {
4994                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4995
4996 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4997                 /*
4998                  * We now know the "local memory node" for each node--
4999                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5000                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5001                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5002                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5003                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5004                  */
5005                 if (cpu_online(cpu))
5006                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5007 #endif
5008         }
5009
5010         return 0;
5011 }
5012
5013 static noinline void __init
5014 build_all_zonelists_init(void)
5015 {
5016         __build_all_zonelists(NULL);
5017         mminit_verify_zonelist();
5018         cpuset_init_current_mems_allowed();
5019 }
5020
5021 /*
5022  * Called with zonelists_mutex held always
5023  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5024  *
5025  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5026  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5027  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5028  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5029  */
5030 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5031 {
5032         set_zonelist_order();
5033
5034         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5035                 build_all_zonelists_init();
5036         } else {
5037 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5038                 if (zone)
5039                         setup_zone_pageset(zone);
5040 #endif
5041                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5042                    of zonelist */
5043                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5044                 /* cpuset refresh routine should be here */
5045         }
5046         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5047         /*
5048          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5049          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5050          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5051          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5052          * disabled and enable it later
5053          */
5054         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5055                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5056         else
5057                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5058
5059         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5060                 nr_online_nodes,
5061                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5062                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5063                 vm_total_pages);
5064 #ifdef CONFIG_NUMA
5065         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5066 #endif
5067 }
5068
5069 /*
5070  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5071  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5072  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5073  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5074  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5075  * conservative, even though it seems large.
5076  *
5077  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5078  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5079  */
5080 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5081
5082 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5083 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5084 {
5085         unsigned long size = 1;
5086
5087         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5088
5089         while (size < pages)
5090                 size <<= 1;
5091
5092         /*
5093          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5094          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5095          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5096          */
5097         size = min(size, 4096UL);
5098
5099         return max(size, 4UL);
5100 }
5101 #else
5102 /*
5103  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5104  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5105  *
5106  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5107  *
5108  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5109  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5110  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5111  *
5112  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5113  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5114  *
5115  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5116  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5117  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5118  */
5119 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5120 {
5121         return 4096UL;
5122 }
5123 #endif
5124
5125 /*
5126  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5127  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5128  * hash function before the remainder is taken.
5129  */
5130 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5131 {
5132         return ffz(~size);
5133 }
5134
5135 /*
5136  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5137  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5138  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5139  */
5140 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5141                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5142 {
5143         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5144         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5145         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5146         unsigned long pfn;
5147         unsigned long nr_initialised = 0;
5148 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5149         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5150 #endif
5151
5152         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5153                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5154
5155         /*
5156          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5157          * memory
5158          */
5159         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5160                 start_pfn += altmap->reserve;
5161
5162         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5163                 /*
5164                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5165                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5166                  */
5167                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5168                         goto not_early;
5169
5170                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5171                         continue;
5172                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5173                         continue;
5174                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5175                         break;
5176
5177 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5178                 /*
5179                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5180                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5181                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5182                  */
5183                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5184                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5185                                 continue;
5186
5187                 /*
5188                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5189                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5190                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5191                  */
5192                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5193                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5194                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5195                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5196                                                 break;
5197                                 r = tmp;
5198                         }
5199                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5200                             memblock_is_mirror(r)) {
5201                                 /* already initialized as NORMAL */
5202                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5203                                 continue;
5204                         }
5205                 }
5206 #endif
5207
5208 not_early:
5209                 /*
5210                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5211                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5212                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5213                  * the address space during boot when many long-lived
5214                  * kernel allocations are made.
5215                  *
5216                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5217                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5218                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5219                  * pfn out of zone.
5220                  */
5221                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5222                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5223
5224                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5225                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5226                 } else {
5227                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5228                 }
5229         }
5230 }
5231
5232 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5233 {
5234         unsigned int order, t;
5235         for_each_migratetype_order(order, t) {
5236                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5237                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5238         }
5239 }
5240
5241 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5242 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5243         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5244 #endif
5245
5246 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5247 {
5248 #ifdef CONFIG_MMU
5249         int batch;
5250
5251         /*
5252          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5253          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5254          *
5255          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5256          */
5257         batch = zone->managed_pages / 1024;
5258         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5259                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5260         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5261         if (batch < 1)
5262                 batch = 1;
5263
5264         /*
5265          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5266          * of 2 value was found to be more likely to have
5267          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5268          *
5269          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5270          * batches of pages, one task can end up with a lot
5271          * of pages of one half of the possible page colors
5272          * and the other with pages of the other colors.
5273          */
5274         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5275
5276         return batch;
5277
5278 #else
5279         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5280          * conditions.
5281          *
5282          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5283          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5284          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5285          *
5286          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5287          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5288          * can be a significant delay between the individual batches being
5289          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5290          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5291          */
5292         return 0;
5293 #endif
5294 }
5295
5296 /*
5297  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5298  * ->batch must never be higher then ->high.
5299  * The following function updates them in a safe manner without read side
5300  * locking.
5301  *
5302  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5303  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5304  *
5305  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5306  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5307  * exist).
5308  */
5309 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5310                 unsigned long batch)
5311 {
5312        /* start with a fail safe value for batch */
5313         pcp->batch = 1;
5314         smp_wmb();
5315
5316        /* Update high, then batch, in order */
5317         pcp->high = high;
5318         smp_wmb();
5319
5320         pcp->batch = batch;
5321 }
5322
5323 /* a companion to pageset_set_high() */
5324 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5325 {
5326         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5327 }
5328
5329 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5330 {
5331         struct per_cpu_pages *pcp;
5332         int migratetype;
5333
5334         memset(p, 0, sizeof(*p));
5335
5336         pcp = &p->pcp;
5337         pcp->count = 0;
5338         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5339                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5340 }
5341
5342 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5343 {
5344         pageset_init(p);
5345         pageset_set_batch(p, batch);
5346 }
5347
5348 /*
5349  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5350  * to the value high for the pageset p.
5351  */
5352 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5353                                 unsigned long high)
5354 {
5355         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5356         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5357                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5358
5359         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5360 }
5361
5362 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5363                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5364 {
5365         if (percpu_pagelist_fraction)
5366                 pageset_set_high(pcp,
5367                         (zone->managed_pages /
5368                                 percpu_pagelist_fraction));
5369         else
5370                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5371 }
5372
5373 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5374 {
5375         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5376
5377         pageset_init(pcp);
5378         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5379 }
5380
5381 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5382 {
5383         int cpu;
5384         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5385         for_each_possible_cpu(cpu)
5386                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5387 }
5388
5389 /*
5390  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5391  * Before this call only boot pagesets were available.
5392  */
5393 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5394 {
5395         struct zone *zone;
5396
5397         for_each_populated_zone(zone)
5398                 setup_zone_pageset(zone);
5399 }
5400
5401 static noinline __init_refok
5402 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5403 {
5404         int i;
5405         size_t alloc_size;
5406
5407         /*
5408          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5409          * per zone.
5410          */
5411         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5412                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5413         zone->wait_table_bits =
5414                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5415         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5416                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5417
5418         if (!slab_is_available()) {
5419                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5420                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5421                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5422         } else {
5423                 /*
5424                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5425                  * via memory hot-add.
5426                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5427                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5428                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5429                  * node itself as well.
5430                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5431                  * necessary.
5432                  */
5433                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5434         }
5435         if (!zone->wait_table)
5436                 return -ENOMEM;
5437
5438         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5439                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5440
5441         return 0;
5442 }
5443
5444 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5445 {
5446         /*
5447          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5448          * relies on the ability of the linker to provide the
5449          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5450          */
5451         zone->pageset = &boot_pageset;
5452
5453         if (populated_zone(zone))
5454                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5455                         zone->name, zone->present_pages,
5456                                          zone_batchsize(zone));
5457 }
5458
5459 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5460                                         unsigned long zone_start_pfn,
5461                                         unsigned long size)
5462 {
5463         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5464         int ret;
5465         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5466         if (ret)
5467                 return ret;
5468         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5469
5470         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5471
5472         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5473                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5474                         pgdat->node_id,
5475                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5476                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5477
5478         zone_init_free_lists(zone);
5479
5480         return 0;
5481 }
5482
5483 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5484 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5485
5486 /*
5487  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5488  */
5489 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5490                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5491 {
5492         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5493         int nid;
5494
5495         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5496                 return state->last_nid;
5497
5498         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5499         if (nid != -1) {
5500                 state->last_start = start_pfn;
5501                 state->last_end = end_pfn;
5502                 state->last_nid = nid;
5503         }
5504
5505         return nid;
5506 }
5507 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5508
5509 /**
5510  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5511  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5512  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5513  *
5514  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5515  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5516  * memblock_free_early_nid() manually.
5517  */
5518 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5519 {
5520         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5521         int i, this_nid;
5522
5523         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5524                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5525                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5526
5527                 if (start_pfn < end_pfn)
5528                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5529                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5530                                         this_nid);
5531         }
5532 }
5533
5534 /**
5535  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5536  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5537  *
5538  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5539  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5540  */
5541 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5542 {
5543         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5544         int i, this_nid;
5545
5546         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5547                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5548 }
5549
5550 /**
5551  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5552  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5553  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5554  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5555  *
5556  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5557  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5558  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5559  * PFNs will be 0.
5560  */
5561 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5562                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5563 {
5564         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5565         int i;
5566
5567         *start_pfn = -1UL;
5568         *end_pfn = 0;
5569
5570         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5571                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5572                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5573         }
5574
5575         if (*start_pfn == -1UL)
5576                 *start_pfn = 0;
5577 }
5578
5579 /*
5580  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5581  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5582  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5583  */
5584 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5585 {
5586         int zone_index;
5587         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5588                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5589                         continue;
5590
5591                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5592                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5593                         break;
5594         }
5595
5596         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5597         movable_zone = zone_index;
5598 }
5599
5600 /*
5601  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5602  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5603  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5604  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5605  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5606  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5607  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5608  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5609  */
5610 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5611                                         unsigned long zone_type,
5612                                         unsigned long node_start_pfn,
5613                                         unsigned long node_end_pfn,
5614                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5615                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5616 {
5617         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5618         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5619                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5620                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5621                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5622                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5623                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5624
5625                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5626                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5627                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5628         }
5629 }
5630
5631 /*
5632  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5633  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5634  */
5635 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5636                                         unsigned long zone_type,
5637                                         unsigned long node_start_pfn,
5638                                         unsigned long node_end_pfn,
5639                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5640                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5641                                         unsigned long *ignored)
5642 {
5643         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5644         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5645                 return 0;
5646
5647         /* Get the start and end of the zone */
5648         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5649         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5650         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5651                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5652                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5653
5654         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5655         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5656                 return 0;
5657
5658         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5659         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5660         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5661
5662         /* Return the spanned pages */
5663         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5664 }
5665
5666 /*
5667  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5668  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5669  */
5670 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5671                                 unsigned long range_start_pfn,
5672                                 unsigned long range_end_pfn)
5673 {
5674         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5675         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5676         int i;
5677
5678         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5679                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5680                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5681                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5682         }
5683         return nr_absent;
5684 }
5685
5686 /**
5687  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5688  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5689  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5690  *
5691  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5692  */
5693 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5694                                                         unsigned long end_pfn)
5695 {
5696         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5697 }
5698
5699 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5700 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5701                                         unsigned long zone_type,
5702                                         unsigned long node_start_pfn,
5703                                         unsigned long node_end_pfn,
5704                                         unsigned long *ignored)
5705 {
5706         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5707         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5708         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5709         unsigned long nr_absent;
5710
5711         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5712         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5713                 return 0;
5714
5715         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5716         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5717
5718         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5719                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5720                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5721         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5722
5723         /*
5724          * ZONE_MOVABLE handling.
5725          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5726          * and vice versa.
5727          */
5728         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5729                 if (mirrored_kernelcore) {
5730                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5731                         struct memblock_region *r;
5732
5733                         for_each_memblock(memory, r) {
5734                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5735                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5736                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5737                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5738
5739                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5740                                     memblock_is_mirror(r))
5741                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5742
5743                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5744                                     !memblock_is_mirror(r))
5745                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5746                         }
5747                 } else {
5748                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5749                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5750                 }
5751         }
5752
5753         return nr_absent;
5754 }
5755
5756 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5757 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5758                                         unsigned long zone_type,
5759                                         unsigned long node_start_pfn,
5760                                         unsigned long node_end_pfn,
5761                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5762                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5763                                         unsigned long *zones_size)
5764 {
5765         unsigned int zone;
5766
5767         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5768         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5769                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5770
5771         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5772
5773         return zones_size[zone_type];
5774 }
5775
5776 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5777                                                 unsigned long zone_type,
5778                                                 unsigned long node_start_pfn,
5779                                                 unsigned long node_end_pfn,
5780                                                 unsigned long *zholes_size)
5781 {
5782         if (!zholes_size)
5783                 return 0;
5784
5785         return zholes_size[zone_type];
5786 }
5787
5788 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5789
5790 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5791                                                 unsigned long node_start_pfn,
5792                                                 unsigned long node_end_pfn,
5793                                                 unsigned long *zones_size,
5794                                                 unsigned long *zholes_size)
5795 {
5796         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5797         enum zone_type i;
5798
5799         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5800                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5801                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5802                 unsigned long size, real_size;
5803
5804                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5805                                                   node_start_pfn,
5806                                                   node_end_pfn,
5807                                                   &zone_start_pfn,
5808                                                   &zone_end_pfn,
5809                                                   zones_size);
5810                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5811                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5812                                                   zholes_size);
5813                 if (size)
5814                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5815                 else
5816                         zone->zone_start_pfn = 0;
5817                 zone->spanned_pages = size;
5818                 zone->present_pages = real_size;
5819
5820                 totalpages += size;
5821                 realtotalpages += real_size;
5822         }
5823
5824         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5825         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5826         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5827                                                         realtotalpages);
5828 }
5829
5830 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5831 /*
5832  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5833  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5834  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5835  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5836  * bytes.
5837  */
5838 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5839 {
5840         unsigned long usemapsize;
5841
5842         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5843         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5844         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5845         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5846         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5847
5848         return usemapsize / 8;
5849 }
5850
5851 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5852                                 struct zone *zone,
5853                                 unsigned long zone_start_pfn,
5854                                 unsigned long zonesize)
5855 {
5856         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5857         zone->pageblock_flags = NULL;
5858         if (usemapsize)
5859                 zone->pageblock_flags =
5860                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5861                                                          pgdat->node_id);
5862 }
5863 #else
5864 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5865                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5866 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5867
5868 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5869
5870 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5871 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5872 {
5873         unsigned int order;
5874
5875         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5876         if (pageblock_order)
5877                 return;
5878
5879         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5880                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5881         else
5882                 order = MAX_ORDER - 1;
5883
5884         /*
5885          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5886          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5887          * powerpc.
5888          */
5889         pageblock_order = order;
5890 }
5891 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5892
5893 /*
5894  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5895  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5896  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5897  * the kernel config
5898  */
5899 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5900 {
5901 }
5902
5903 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5904
5905 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5906                                                    unsigned long present_pages)
5907 {
5908         unsigned long pages = spanned_pages;
5909
5910         /*
5911          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5912          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5913          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5914          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5915          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5916          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5917          */
5918         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5919             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5920                 pages = present_pages;
5921
5922         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5923 }
5924
5925 /*
5926  * Set up the zone data structures:
5927  *   - mark all pages reserved
5928  *   - mark all memory queues empty
5929  *   - clear the memory bitmaps
5930  *
5931  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5932  */
5933 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5934 {
5935         enum zone_type j;
5936         int nid = pgdat->node_id;
5937         int ret;
5938
5939         pgdat_resize_init(pgdat);
5940 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5941         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5942         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5943         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5944 #endif
5945 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5946         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5947         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5948         pgdat->split_queue_len = 0;
5949 #endif
5950         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5951         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5952 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5953         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5954 #endif
5955         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5956
5957         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5958                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5959                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5960                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5961
5962                 size = zone->spanned_pages;
5963                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5964
5965                 /*
5966                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5967                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5968                  * and per-cpu initialisations
5969                  */
5970                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5971                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5972                         if (freesize >= memmap_pages) {
5973                                 freesize -= memmap_pages;
5974                                 if (memmap_pages)
5975                                         printk(KERN_DEBUG
5976                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5977                                                zone_names[j], memmap_pages);
5978                         } else
5979                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5980                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5981                 }
5982
5983                 /* Account for reserved pages */
5984                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5985                         freesize -= dma_reserve;
5986                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5987                                         zone_names[0], dma_reserve);
5988                 }
5989
5990                 if (!is_highmem_idx(j))
5991                         nr_kernel_pages += freesize;
5992                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5993                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5994                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5995                 nr_all_pages += freesize;
5996
5997                 /*
5998                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5999                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6000                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6001                  */
6002                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6003 #ifdef CONFIG_NUMA
6004                 zone->node = nid;
6005                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
6006                                                 / 100;
6007                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6008 #endif
6009                 zone->name = zone_names[j];
6010                 spin_lock_init(&zone->lock);
6011                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
6012                 zone_seqlock_init(zone);
6013                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6014                 zone_pcp_init(zone);
6015
6016                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
6017                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
6018
6019                 lruvec_init(&zone->lruvec);
6020                 if (!size)
6021                         continue;
6022
6023                 set_pageblock_order();
6024                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6025                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6026                 BUG_ON(ret);
6027                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6028         }
6029 }
6030
6031 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6032 {
6033         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6034         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6035
6036         /* Skip empty nodes */
6037         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6038                 return;
6039
6040 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6041         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6042         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6043         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6044         if (!pgdat->node_mem_map) {
6045                 unsigned long size, end;
6046                 struct page *map;
6047
6048                 /*
6049                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6050                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6051                  * for the buddy allocator to function correctly.
6052                  */
6053                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6054                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6055                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6056                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6057                 if (!map)
6058                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6059                                                                pgdat->node_id);
6060                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6061         }
6062 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6063         /*
6064          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6065          */
6066         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6067                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6068 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6069                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6070                         mem_map -= offset;
6071 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6072         }
6073 #endif
6074 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6075 }
6076
6077 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6078                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6079 {
6080         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6081         unsigned long start_pfn = 0;
6082         unsigned long end_pfn = 0;
6083
6084         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6085         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6086
6087         reset_deferred_meminit(pgdat);
6088         pgdat->node_id = nid;
6089         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6090 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6091         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6092         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6093                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6094                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6095 #else
6096         start_pfn = node_start_pfn;
6097 #endif
6098         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6099                                   zones_size, zholes_size);
6100
6101         alloc_node_mem_map(pgdat);
6102 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6103         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6104                 nid, (unsigned long)pgdat,
6105                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6106 #endif
6107
6108         free_area_init_core(pgdat);
6109 }
6110
6111 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6112
6113 #if MAX_NUMNODES > 1
6114 /*
6115  * Figure out the number of possible node ids.
6116  */
6117 void __init setup_nr_node_ids(void)
6118 {
6119         unsigned int highest;
6120
6121         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6122         nr_node_ids = highest + 1;
6123 }
6124 #endif
6125
6126 /**
6127  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6128  *
6129  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6130  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6131  * all the nodes.
6132  *
6133  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6134  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6135  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6136  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6137  *
6138  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6139  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6140  * populated node map.
6141  *
6142  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6143  * requirement (single node).
6144  */
6145 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6146 {
6147         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6148         unsigned long start, end, mask;
6149         int last_nid = -1;
6150         int i, nid;
6151
6152         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6153                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6154                         last_nid = nid;
6155                         last_end = end;
6156                         continue;
6157                 }
6158
6159                 /*
6160                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6161                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6162                  * too coarse to separate the current node from the last.
6163                  */
6164                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6165                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6166                         mask <<= 1;
6167
6168                 /* accumulate all internode masks */
6169                 accl_mask |= mask;
6170         }
6171
6172         /* convert mask to number of pages */
6173         return ~accl_mask + 1;
6174 }
6175
6176 /* Find the lowest pfn for a node */
6177 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6178 {
6179         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6180         unsigned long start_pfn;
6181         int i;
6182
6183         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6184                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6185
6186         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6187                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6188                 return 0;
6189         }
6190
6191         return min_pfn;
6192 }
6193
6194 /**
6195  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6196  *
6197  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6198  * memblock_set_node().
6199  */
6200 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6201 {
6202         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6203 }
6204
6205 /*
6206  * early_calculate_totalpages()
6207  * Sum pages in active regions for movable zone.
6208  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6209  */
6210 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6211 {
6212         unsigned long totalpages = 0;
6213         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6214         int i, nid;
6215
6216         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6217                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6218
6219                 totalpages += pages;
6220                 if (pages)
6221                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6222         }
6223         return totalpages;
6224 }
6225
6226 /*
6227  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6228  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6229  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6230  * others
6231  */
6232 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6233 {
6234         int i, nid;
6235         unsigned long usable_startpfn;
6236         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6237         /* save the state before borrow the nodemask */
6238         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6239         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6240         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6241         struct memblock_region *r;
6242
6243         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6244         find_usable_zone_for_movable();
6245
6246         /*
6247          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6248          * options.
6249          */
6250         if (movable_node_is_enabled()) {
6251                 for_each_memblock(memory, r) {
6252                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6253                                 continue;
6254
6255                         nid = r->nid;
6256
6257                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6258                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6259                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6260                                 usable_startpfn;
6261                 }
6262
6263                 goto out2;
6264         }
6265
6266         /*
6267          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6268          */
6269         if (mirrored_kernelcore) {
6270                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6271
6272                 for_each_memblock(memory, r) {
6273                         if (memblock_is_mirror(r))
6274                                 continue;
6275
6276                         nid = r->nid;
6277
6278                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6279
6280                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6281                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6282                                 continue;
6283                         }
6284
6285                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6286                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6287                                 usable_startpfn;
6288                 }
6289
6290                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6291                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6292
6293                 goto out2;
6294         }
6295
6296         /*
6297          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6298          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6299          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6300          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6301          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6302          * what movablecore would have allowed.
6303          */
6304         if (required_movablecore) {
6305                 unsigned long corepages;
6306
6307                 /*
6308                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6309                  * was requested by the user
6310                  */
6311                 required_movablecore =
6312                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6313                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6314                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6315
6316                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6317         }
6318
6319         /*
6320          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6321          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6322          */
6323         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6324                 goto out;
6325
6326         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6327         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6328
6329 restart:
6330         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6331         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6332         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6333                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6334
6335                 /*
6336                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6337                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6338                  * amount of memory for the kernel
6339                  */
6340                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6341                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6342
6343                 /*
6344                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6345                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6346                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6347                  */
6348                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6349
6350                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6351                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6352                         unsigned long size_pages;
6353
6354                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6355                         if (start_pfn >= end_pfn)
6356                                 continue;
6357
6358                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6359                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6360                                 unsigned long kernel_pages;
6361                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6362                                                                 - start_pfn;
6363
6364                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6365                                                         kernelcore_remaining);
6366                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6367                                                         required_kernelcore);
6368
6369                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6370                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6371
6372                                         /*
6373                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6374                                          * that if we have to rebalance
6375                                          * kernelcore across nodes, we will
6376                                          * not double account here
6377                                          */
6378                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6379                                         continue;
6380                                 }
6381                                 start_pfn = usable_startpfn;
6382                         }
6383
6384                         /*
6385                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6386                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6387                          * number of pages used as kernelcore
6388                          */
6389                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6390                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6391                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6392                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6393
6394                         /*
6395                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6396                          * break if the kernelcore for this node has been
6397                          * satisfied
6398                          */
6399                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6400                                                                 size_pages);
6401                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6402                         if (!kernelcore_remaining)
6403                                 break;
6404                 }
6405         }
6406
6407         /*
6408          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6409          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6410          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6411          * satisfied
6412          */
6413         usable_nodes--;
6414         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6415                 goto restart;
6416
6417 out2:
6418         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6419         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6420                 zone_movable_pfn[nid] =
6421                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6422
6423 out:
6424         /* restore the node_state */
6425         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6426 }
6427
6428 /* Any regular or high memory on that node ? */
6429 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6430 {
6431         enum zone_type zone_type;
6432
6433         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6434                 return;
6435
6436         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6437                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6438                 if (populated_zone(zone)) {
6439                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6440                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6441                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6442                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6443                         break;
6444                 }
6445         }
6446 }
6447
6448 /**
6449  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6450  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6451  *
6452  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6453  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6454  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6455  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6456  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6457  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6458  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6459  * at arch_max_dma_pfn.
6460  */
6461 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6462 {
6463         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6464         int i, nid;
6465
6466         /* Record where the zone boundaries are */
6467         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6468                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6469         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6470                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6471
6472         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6473
6474         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6475                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6476                         continue;
6477
6478                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6479                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6480                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6481
6482                 start_pfn = end_pfn;
6483         }
6484         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6485         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6486
6487         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6488         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6489         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6490
6491         /* Print out the zone ranges */
6492         pr_info("Zone ranges:\n");
6493         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6494                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6495                         continue;
6496                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6497                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6498                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6499                         pr_cont("empty\n");
6500                 else
6501                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6502                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6503                                         << PAGE_SHIFT,
6504                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6505                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6506         }
6507
6508         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6509         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6510         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6511                 if (zone_movable_pfn[i])
6512                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6513                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6514         }
6515
6516         /* Print out the early node map */
6517         pr_info("Early memory node ranges\n");
6518         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6519                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6520                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6521                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6522
6523         /* Initialise every node */
6524         mminit_verify_pageflags_layout();
6525         setup_nr_node_ids();
6526         for_each_online_node(nid) {
6527                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6528                 free_area_init_node(nid, NULL,
6529                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6530
6531                 /* Any memory on that node */
6532                 if (pgdat->node_present_pages)
6533                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6534                 check_for_memory(pgdat, nid);
6535         }
6536 }
6537
6538 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6539 {
6540         unsigned long long coremem;
6541         if (!p)
6542                 return -EINVAL;
6543
6544         coremem = memparse(p, &p);
6545         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6546
6547         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6548         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6549
6550         return 0;
6551 }
6552
6553 /*
6554  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6555  * cannot be reclaimed or migrated.
6556  */
6557 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6558 {
6559         /* parse kernelcore=mirror */
6560         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6561                 mirrored_kernelcore = true;
6562                 return 0;
6563         }
6564
6565         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6566 }
6567
6568 /*
6569  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6570  * can be reclaimed or migrated.
6571  */
6572 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6573 {
6574         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6575 }
6576
6577 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6578 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6579
6580 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6581
6582 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6583 {
6584         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6585         page_zone(page)->managed_pages += count;
6586         totalram_pages += count;
6587 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6588         if (PageHighMem(page))
6589                 totalhigh_pages += count;
6590 #endif
6591         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6592 }
6593 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6594
6595 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6596 {
6597         void *pos;
6598         unsigned long pages = 0;
6599
6600         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6601         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6602         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6603                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6604                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6605                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6606         }
6607
6608         if (pages && s)
6609                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6610                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6611
6612         return pages;
6613 }
6614 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6615
6616 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6617 void free_highmem_page(struct page *page)
6618 {
6619         __free_reserved_page(page);
6620         totalram_pages++;
6621         page_zone(page)->managed_pages++;
6622         totalhigh_pages++;
6623 }
6624 #endif
6625
6626
6627 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6628 {
6629         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6630         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6631
6632         physpages = get_num_physpages();
6633         codesize = _etext - _stext;
6634         datasize = _edata - _sdata;
6635         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6636         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6637         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6638         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6639
6640         /*
6641          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6642          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6643          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6644          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6645          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6646          */
6647 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6648         do { \
6649                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6650                         size -= adj; \
6651         } while (0)
6652
6653         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6654                      _sinittext, init_code_size);
6655         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6656         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6657         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6658         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6659
6660 #undef  adj_init_size
6661
6662         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6663 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6664                 ", %luK highmem"
6665 #endif
6666                 "%s%s)\n",
6667                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6668                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6669                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6670                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6671                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6672                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6673 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6674                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6675 #endif
6676                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6677 }
6678
6679 /**
6680  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6681  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6682  *
6683  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6684  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6685  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6686  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6687  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6688  * smaller per-cpu batchsize.
6689  */
6690 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6691 {
6692         dma_reserve = new_dma_reserve;
6693 }
6694
6695 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6696 {
6697         free_area_init_node(0, zones_size,
6698                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6699 }
6700
6701 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6702                                  unsigned long action, void *hcpu)
6703 {
6704         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6705
6706         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6707                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6708                 drain_pages(cpu);
6709
6710                 /*
6711                  * Spill the event counters of the dead processor
6712                  * into the current processors event counters.
6713                  * This artificially elevates the count of the current
6714                  * processor.
6715                  */
6716                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6717
6718                 /*
6719                  * Zero the differential counters of the dead processor
6720                  * so that the vm statistics are consistent.
6721                  *
6722                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6723                  * race with what we are doing.
6724                  */
6725                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6726         }
6727         return NOTIFY_OK;
6728 }
6729
6730 void __init page_alloc_init(void)
6731 {
6732         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6733 }
6734
6735 /*
6736  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6737  *      or min_free_kbytes changes.
6738  */
6739 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6740 {
6741         struct pglist_data *pgdat;
6742         unsigned long reserve_pages = 0;
6743         enum zone_type i, j;
6744
6745         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6746                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6747                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6748                         long max = 0;
6749
6750                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6751                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6752                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6753                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6754                         }
6755
6756                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6757                         max += high_wmark_pages(zone);
6758
6759                         if (max > zone->managed_pages)
6760                                 max = zone->managed_pages;
6761
6762                         zone->totalreserve_pages = max;
6763
6764                         reserve_pages += max;
6765                 }
6766         }
6767         totalreserve_pages = reserve_pages;
6768 }
6769
6770 /*
6771  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6772  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6773  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6774  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6775  */
6776 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6777 {
6778         struct pglist_data *pgdat;
6779         enum zone_type j, idx;
6780
6781         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6782                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6783                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6784                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6785
6786                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6787
6788                         idx = j;
6789                         while (idx) {
6790                                 struct zone *lower_zone;
6791
6792                                 idx--;
6793
6794                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6795                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6796
6797                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6798                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6799                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6800                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6801                         }
6802                 }
6803         }
6804
6805         /* update totalreserve_pages */
6806         calculate_totalreserve_pages();
6807 }
6808
6809 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6810 {
6811         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6812         unsigned long lowmem_pages = 0;
6813         struct zone *zone;
6814         unsigned long flags;
6815
6816         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6817         for_each_zone(zone) {
6818                 if (!is_highmem(zone))
6819                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6820         }
6821
6822         for_each_zone(zone) {
6823                 u64 tmp;
6824
6825                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6826                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6827                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6828                 if (is_highmem(zone)) {
6829                         /*
6830                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6831                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6832                          * value here.
6833                          *
6834                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6835                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6836                          * not be capped for highmem.
6837                          */
6838                         unsigned long min_pages;
6839
6840                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6841                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6842                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6843                 } else {
6844                         /*
6845                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6846                          * proportionate to the zone's size.
6847                          */
6848                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6849                 }
6850
6851                 /*
6852                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6853                  * scale factor in proportion to available memory, but
6854                  * ensure a minimum size on small systems.
6855                  */
6856                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6857                             mult_frac(zone->managed_pages,
6858                                       watermark_scale_factor, 10000));
6859
6860                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6861                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6862
6863                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6864                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6865                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6866
6867                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6868         }
6869
6870         /* update totalreserve_pages */
6871         calculate_totalreserve_pages();
6872 }
6873
6874 /**
6875  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6876  * or when memory is hot-{added|removed}
6877  *
6878  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6879  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6880  */
6881 void setup_per_zone_wmarks(void)
6882 {
6883         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6884         __setup_per_zone_wmarks();
6885         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6886 }
6887
6888 /*
6889  * Initialise min_free_kbytes.
6890  *
6891  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6892  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6893  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6894  *
6895  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6896  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6897  *
6898  * which yields
6899  *
6900  * 16MB:        512k
6901  * 32MB:        724k
6902  * 64MB:        1024k
6903  * 128MB:       1448k
6904  * 256MB:       2048k
6905  * 512MB:       2896k
6906  * 1024MB:      4096k
6907  * 2048MB:      5792k
6908  * 4096MB:      8192k
6909  * 8192MB:      11584k
6910  * 16384MB:     16384k
6911  */
6912 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6913 {
6914         unsigned long lowmem_kbytes;
6915         int new_min_free_kbytes;
6916
6917         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6918         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6919
6920         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6921                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6922                 if (min_free_kbytes < 128)
6923                         min_free_kbytes = 128;
6924                 if (min_free_kbytes > 65536)
6925                         min_free_kbytes = 65536;
6926         } else {
6927                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6928                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6929         }
6930         setup_per_zone_wmarks();
6931         refresh_zone_stat_thresholds();
6932         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6933         return 0;
6934 }
6935 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6936
6937 /*
6938  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6939  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6940  *      changes.
6941  */
6942 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6943         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6944 {
6945         int rc;
6946
6947         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6948         if (rc)
6949                 return rc;
6950
6951         if (write) {
6952                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6953                 setup_per_zone_wmarks();
6954         }
6955         return 0;
6956 }
6957
6958 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6959         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6960 {
6961         int rc;
6962
6963         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6964         if (rc)
6965                 return rc;
6966
6967         if (write)
6968                 setup_per_zone_wmarks();
6969
6970         return 0;
6971 }
6972
6973 #ifdef CONFIG_NUMA
6974 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6975         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6976 {
6977         struct zone *zone;
6978         int rc;
6979
6980         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6981         if (rc)
6982                 return rc;
6983
6984         for_each_zone(zone)
6985                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6986                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6987         return 0;
6988 }
6989
6990 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6991         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6992 {
6993         struct zone *zone;
6994         int rc;
6995
6996         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6997         if (rc)
6998                 return rc;
6999
7000         for_each_zone(zone)
7001                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
7002                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7003         return 0;
7004 }
7005 #endif
7006
7007 /*
7008  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7009  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7010  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7011  *
7012  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7013  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7014  * if in function of the boot time zone sizes.
7015  */
7016 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7017         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7018 {
7019         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7020         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7021         return 0;
7022 }
7023
7024 /*
7025  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7026  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7027  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7028  */
7029 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7030         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7031 {
7032         struct zone *zone;
7033         int old_percpu_pagelist_fraction;
7034         int ret;
7035
7036         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7037         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7038
7039         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7040         if (!write || ret < 0)
7041                 goto out;
7042
7043         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7044         if (percpu_pagelist_fraction &&
7045             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7046                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7047                 ret = -EINVAL;
7048                 goto out;
7049         }
7050
7051         /* No change? */
7052         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7053                 goto out;
7054
7055         for_each_populated_zone(zone) {
7056                 unsigned int cpu;
7057
7058                 for_each_possible_cpu(cpu)
7059                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7060                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7061         }
7062 out:
7063         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7064         return ret;
7065 }
7066
7067 #ifdef CONFIG_NUMA
7068 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7069
7070 static int __init set_hashdist(char *str)
7071 {
7072         if (!str)
7073                 return 0;
7074         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7075         return 1;
7076 }
7077 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7078 #endif
7079
7080 /*
7081  * allocate a large system hash table from bootmem
7082  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7083  *   quantity of entries
7084  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7085  */
7086 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7087                                      unsigned long bucketsize,
7088                                      unsigned long numentries,
7089                                      int scale,
7090                                      int flags,
7091                                      unsigned int *_hash_shift,
7092                                      unsigned int *_hash_mask,
7093                                      unsigned long low_limit,
7094                                      unsigned long high_limit)
7095 {
7096         unsigned long long max = high_limit;
7097         unsigned long log2qty, size;
7098         void *table = NULL;
7099
7100         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7101         if (!numentries) {
7102                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7103                 numentries = nr_kernel_pages;
7104
7105                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7106                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7107                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7108
7109                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7110                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7111                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7112                 else
7113                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7114
7115                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7116                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7117                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7118                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7119                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7120                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7121                                 BUG_ON(!numentries);
7122                         }
7123                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7124                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7125         }
7126         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7127
7128         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7129         if (max == 0) {
7130                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7131                 do_div(max, bucketsize);
7132         }
7133         max = min(max, 0x80000000ULL);
7134
7135         if (numentries < low_limit)
7136                 numentries = low_limit;
7137         if (numentries > max)
7138                 numentries = max;
7139
7140         log2qty = ilog2(numentries);
7141
7142         do {
7143                 size = bucketsize << log2qty;
7144                 if (flags & HASH_EARLY)
7145                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7146                 else if (hashdist)
7147                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7148                 else {
7149                         /*
7150                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7151                          * some pages at the end of hash table which
7152                          * alloc_pages_exact() automatically does
7153                          */
7154                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7155                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7156                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7157                         }
7158                 }
7159         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7160
7161         if (!table)
7162                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7163
7164         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7165                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7166
7167         if (_hash_shift)
7168                 *_hash_shift = log2qty;
7169         if (_hash_mask)
7170                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7171
7172         return table;
7173 }
7174
7175 /*
7176  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7177  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7178  *
7179  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7180  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7181  * expect this function should be exact.
7182  */
7183 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7184                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7185 {
7186         unsigned long pfn, iter, found;
7187         int mt;
7188
7189         /*
7190          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7191          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7192          */
7193         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7194                 return false;
7195         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7196         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7197                 return false;
7198
7199         pfn = page_to_pfn(page);
7200         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7201                 unsigned long check = pfn + iter;
7202
7203                 if (!pfn_valid_within(check))
7204                         continue;
7205
7206                 page = pfn_to_page(check);
7207
7208                 /*
7209                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7210                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7211                  * handle each tail page individually in migration.
7212                  */
7213                 if (PageHuge(page)) {
7214                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7215                         continue;
7216                 }
7217
7218                 /*
7219                  * We can't use page_count without pin a page
7220                  * because another CPU can free compound page.
7221                  * This check already skips compound tails of THP
7222                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7223                  */
7224                 if (!page_ref_count(page)) {
7225                         if (PageBuddy(page))
7226                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7227                         continue;
7228                 }
7229
7230                 /*
7231                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7232                  * page_count() is not 0.
7233                  */
7234                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7235                         continue;
7236
7237                 if (!PageLRU(page))
7238                         found++;
7239                 /*
7240                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7241                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7242                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7243                  */
7244                 /*
7245                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7246                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7247                  *
7248                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7249                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7250                  * page at boot.
7251                  */
7252                 if (found > count)
7253                         return true;
7254         }
7255         return false;
7256 }
7257
7258 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7259 {
7260         struct zone *zone;
7261         unsigned long pfn;
7262
7263         /*
7264          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7265          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7266          * the zone but still within the section.
7267          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7268          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7269          */
7270         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7271                 return false;
7272
7273         zone = page_zone(page);
7274         pfn = page_to_pfn(page);
7275         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7276                 return false;
7277
7278         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7279 }
7280
7281 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7282
7283 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7284 {
7285         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7286                              pageblock_nr_pages) - 1);
7287 }
7288
7289 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7290 {
7291         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7292                                 pageblock_nr_pages));
7293 }
7294
7295 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7296 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7297                                         unsigned long start, unsigned long end)
7298 {
7299         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7300         unsigned long nr_reclaimed;
7301         unsigned long pfn = start;
7302         unsigned int tries = 0;
7303         int ret = 0;
7304
7305         migrate_prep();
7306
7307         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7308                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7309                         ret = -EINTR;
7310                         break;
7311                 }
7312
7313                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7314                         cc->nr_migratepages = 0;
7315                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7316                         if (!pfn) {
7317                                 ret = -EINTR;
7318                                 break;
7319                         }
7320                         tries = 0;
7321                 } else if (++tries == 5) {
7322                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7323                         break;
7324                 }
7325
7326                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7327                                                         &cc->migratepages);
7328                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7329
7330                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7331                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7332         }
7333         if (ret < 0) {
7334                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7335                 return ret;
7336         }
7337         return 0;
7338 }
7339
7340 /**
7341  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7342  * @start:      start PFN to allocate
7343  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7344  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7345  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7346  *                      in range must have the same migratetype and it must
7347  *                      be either of the two.
7348  *
7349  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7350  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7351  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7352  * pages fall in.
7353  *
7354  * The PFN range must belong to a single zone.
7355  *
7356  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7357  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7358  * need to be freed with free_contig_range().
7359  */
7360 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7361                        unsigned migratetype)
7362 {
7363         unsigned long outer_start, outer_end;
7364         unsigned int order;
7365         int ret = 0;
7366
7367         struct compact_control cc = {
7368                 .nr_migratepages = 0,
7369                 .order = -1,
7370                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7371                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7372                 .ignore_skip_hint = true,
7373         };
7374         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7375
7376         /*
7377          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7378          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7379          * have different sizes, and due to the way page allocator
7380          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7381          * that page allocator won't try to merge buddies from
7382          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7383          * other migration type.
7384          *
7385          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7386          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7387          * we are interested in).  This will put all the pages in
7388          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7389          *
7390          * When this is done, we take the pages in range from page
7391          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7392          * page allocator will never consider using them.
7393          *
7394          * This lets us mark the pageblocks back as
7395          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7396          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7397          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7398          */
7399
7400         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7401                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7402                                        false);
7403         if (ret)
7404                 return ret;
7405
7406         /*
7407          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7408          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7409          */
7410         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7411         if (ret && ret != -EBUSY)
7412                 goto done;
7413
7414         /*
7415          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7416          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7417          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7418          * What we are going to do is to allocate all pages from
7419          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7420          *
7421          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7422          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7423          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7424          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7425          * once this is done free the pages we are not interested in.
7426          *
7427          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7428          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7429          */
7430
7431         lru_add_drain_all();
7432         drain_all_pages(cc.zone);
7433
7434         order = 0;
7435         outer_start = start;
7436         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7437                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7438                         outer_start = start;
7439                         break;
7440                 }
7441                 outer_start &= ~0UL << order;
7442         }
7443
7444         if (outer_start != start) {
7445                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7446
7447                 /*
7448                  * outer_start page could be small order buddy page and
7449                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7450                  * in this case to report failed page properly
7451                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7452                  */
7453                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7454                         outer_start = start;
7455         }
7456
7457         /* Make sure the range is really isolated. */
7458         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7459                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7460                         __func__, outer_start, end);
7461                 ret = -EBUSY;
7462                 goto done;
7463         }
7464
7465         /* Grab isolated pages from freelists. */
7466         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7467         if (!outer_end) {
7468                 ret = -EBUSY;
7469                 goto done;
7470         }
7471
7472         /* Free head and tail (if any) */
7473         if (start != outer_start)
7474                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7475         if (end != outer_end)
7476                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7477
7478 done:
7479         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7480                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7481         return ret;
7482 }
7483
7484 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7485 {
7486         unsigned int count = 0;
7487
7488         for (; nr_pages--; pfn++) {
7489                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7490
7491                 count += page_count(page) != 1;
7492                 __free_page(page);
7493         }
7494         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7495 }
7496 #endif
7497
7498 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7499 /*
7500  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7501  * page high values need to be recalulated.
7502  */
7503 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7504 {
7505         unsigned cpu;
7506         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7507         for_each_possible_cpu(cpu)
7508                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7509                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7510         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7511 }
7512 #endif
7513
7514 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7515 {
7516         unsigned long flags;
7517         int cpu;
7518         struct per_cpu_pageset *pset;
7519
7520         /* avoid races with drain_pages()  */
7521         local_irq_save(flags);
7522         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7523                 for_each_online_cpu(cpu) {
7524                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7525                         drain_zonestat(zone, pset);
7526                 }
7527                 free_percpu(zone->pageset);
7528                 zone->pageset = &boot_pageset;
7529         }
7530         local_irq_restore(flags);
7531 }
7532
7533 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7534 /*
7535  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7536  * before calling this.
7537  */
7538 void
7539 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7540 {
7541         struct page *page;
7542         struct zone *zone;
7543         unsigned int order, i;
7544         unsigned long pfn;
7545         unsigned long flags;
7546         /* find the first valid pfn */
7547         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7548                 if (pfn_valid(pfn))
7549                         break;
7550         if (pfn == end_pfn)
7551                 return;
7552         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7553         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7554         pfn = start_pfn;
7555         while (pfn < end_pfn) {
7556                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7557                         pfn++;
7558                         continue;
7559                 }
7560                 page = pfn_to_page(pfn);
7561                 /*
7562                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7563                  * page_count() is not 0.
7564                  */
7565                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7566                         pfn++;
7567                         SetPageReserved(page);
7568                         continue;
7569                 }
7570
7571                 BUG_ON(page_count(page));
7572                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7573                 order = page_order(page);
7574 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7575                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7576                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7577 #endif
7578                 list_del(&page->lru);
7579                 rmv_page_order(page);
7580                 zone->free_area[order].nr_free--;
7581                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7582                         SetPageReserved((page+i));
7583                 pfn += (1 << order);
7584         }
7585         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7586 }
7587 #endif
7588
7589 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7590 {
7591         struct zone *zone = page_zone(page);
7592         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7593         unsigned long flags;
7594         unsigned int order;
7595
7596         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7597         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7598                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7599
7600                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7601                         break;
7602         }
7603         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7604
7605         return order < MAX_ORDER;
7606 }