]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm, page_alloc: count movable pages when stealing from pageblock
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72 #include <asm/div64.h>
73 #include "internal.h"
74
75 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
76 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
77 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
78
79 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
80 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
82 #endif
83
84 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
85 /*
86  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
87  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
88  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
89  * defined in <linux/topology.h>.
90  */
91 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
92 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
93 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
94 #endif
95
96 /* work_structs for global per-cpu drains */
97 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
98 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
99
100 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
101 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
102 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
103 #endif
104
105 /*
106  * Array of node states.
107  */
108 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
109         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
110         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
111 #ifndef CONFIG_NUMA
112         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
113 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
114         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
115 #endif
116 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
117         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
120 #endif  /* NUMA */
121 };
122 EXPORT_SYMBOL(node_states);
123
124 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
125 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
126
127 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
130
131 int percpu_pagelist_fraction;
132 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
133
134 /*
135  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
136  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
137  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
138  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
139  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
140  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
141  */
142 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
143 {
144         return page->index;
145 }
146
147 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
148 {
149         page->index = migratetype;
150 }
151
152 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
153 /*
154  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
155  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
156  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
157  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
158  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
159  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
160  */
161
162 static gfp_t saved_gfp_mask;
163
164 void pm_restore_gfp_mask(void)
165 {
166         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
167         if (saved_gfp_mask) {
168                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
169                 saved_gfp_mask = 0;
170         }
171 }
172
173 void pm_restrict_gfp_mask(void)
174 {
175         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
176         WARN_ON(saved_gfp_mask);
177         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
178         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
179 }
180
181 bool pm_suspended_storage(void)
182 {
183         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
184                 return false;
185         return true;
186 }
187 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
188
189 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
190 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
191 #endif
192
193 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
194
195 /*
196  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
197  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
198  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
199  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
200  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
201  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
202  *
203  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
204  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
205  */
206 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
207 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
208          256,
209 #endif
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
211          256,
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
214          32,
215 #endif
216          32,
217 };
218
219 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
220
221 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
222 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
223          "DMA",
224 #endif
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
226          "DMA32",
227 #endif
228          "Normal",
229 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
230          "HighMem",
231 #endif
232          "Movable",
233 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
234          "Device",
235 #endif
236 };
237
238 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
239         "Unmovable",
240         "Movable",
241         "Reclaimable",
242         "HighAtomic",
243 #ifdef CONFIG_CMA
244         "CMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
247         "Isolate",
248 #endif
249 };
250
251 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
252         NULL,
253         free_compound_page,
254 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
255         free_huge_page,
256 #endif
257 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
258         free_transhuge_page,
259 #endif
260 };
261
262 int min_free_kbytes = 1024;
263 int user_min_free_kbytes = -1;
264 int watermark_scale_factor = 10;
265
266 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
267 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
268 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
269
270 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
271 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
272 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
273 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
274 static unsigned long __initdata required_movablecore;
275 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
276 static bool mirrored_kernelcore;
277
278 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
279 int movable_zone;
280 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
281 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
282
283 #if MAX_NUMNODES > 1
284 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
285 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
286 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
287 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
288 #endif
289
290 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
291
292 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
293 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
294 {
295         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
296 }
297
298 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
299 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
300 {
301         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
302
303         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
304                 return true;
305
306         return false;
307 }
308
309 /*
310  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
311  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
312  */
313 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
314                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
315                                 unsigned long *nr_initialised)
316 {
317         unsigned long max_initialise;
318
319         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
320         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
321                 return true;
322         /*
323          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
324          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
325          */
326         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
327                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
328
329         (*nr_initialised)++;
330         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
331             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
332                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
333                 return false;
334         }
335
336         return true;
337 }
338 #else
339 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
340 {
341 }
342
343 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
344 {
345         return false;
346 }
347
348 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
349                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
350                                 unsigned long *nr_initialised)
351 {
352         return true;
353 }
354 #endif
355
356 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
357 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
358                                                         unsigned long pfn)
359 {
360 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
361         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
362 #else
363         return page_zone(page)->pageblock_flags;
364 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
365 }
366
367 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
368 {
369 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
370         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
371         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
372 #else
373         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
374         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
375 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
376 }
377
378 /**
379  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
380  * @page: The page within the block of interest
381  * @pfn: The target page frame number
382  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
383  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
384  *
385  * Return: pageblock_bits flags
386  */
387 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
388                                         unsigned long pfn,
389                                         unsigned long end_bitidx,
390                                         unsigned long mask)
391 {
392         unsigned long *bitmap;
393         unsigned long bitidx, word_bitidx;
394         unsigned long word;
395
396         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
397         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
398         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
399         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
400
401         word = bitmap[word_bitidx];
402         bitidx += end_bitidx;
403         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
404 }
405
406 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
407                                         unsigned long end_bitidx,
408                                         unsigned long mask)
409 {
410         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
411 }
412
413 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
414 {
415         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
416 }
417
418 /**
419  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
420  * @page: The page within the block of interest
421  * @flags: The flags to set
422  * @pfn: The target page frame number
423  * @end_bitidx: The last bit of interest
424  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
425  */
426 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
427                                         unsigned long pfn,
428                                         unsigned long end_bitidx,
429                                         unsigned long mask)
430 {
431         unsigned long *bitmap;
432         unsigned long bitidx, word_bitidx;
433         unsigned long old_word, word;
434
435         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
436
437         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
438         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
439         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
440         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
441
442         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
443
444         bitidx += end_bitidx;
445         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
447
448         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
449         for (;;) {
450                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
451                 if (word == old_word)
452                         break;
453                 word = old_word;
454         }
455 }
456
457 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
458 {
459         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
460                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
461                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
462
463         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
464                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
465 }
466
467 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
468 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
469 {
470         int ret = 0;
471         unsigned seq;
472         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
473         unsigned long sp, start_pfn;
474
475         do {
476                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
477                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
478                 sp = zone->spanned_pages;
479                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
480                         ret = 1;
481         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
482
483         if (ret)
484                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
485                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
486                         start_pfn, start_pfn + sp);
487
488         return ret;
489 }
490
491 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
492 {
493         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
494                 return 0;
495         if (zone != page_zone(page))
496                 return 0;
497
498         return 1;
499 }
500 /*
501  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
502  */
503 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
504 {
505         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
506                 return 1;
507         if (!page_is_consistent(zone, page))
508                 return 1;
509
510         return 0;
511 }
512 #else
513 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
514 {
515         return 0;
516 }
517 #endif
518
519 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
520                 unsigned long bad_flags)
521 {
522         static unsigned long resume;
523         static unsigned long nr_shown;
524         static unsigned long nr_unshown;
525
526         /*
527          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
528          * or allow a steady drip of one report per second.
529          */
530         if (nr_shown == 60) {
531                 if (time_before(jiffies, resume)) {
532                         nr_unshown++;
533                         goto out;
534                 }
535                 if (nr_unshown) {
536                         pr_alert(
537                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
538                                 nr_unshown);
539                         nr_unshown = 0;
540                 }
541                 nr_shown = 0;
542         }
543         if (nr_shown++ == 0)
544                 resume = jiffies + 60 * HZ;
545
546         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
547                 current->comm, page_to_pfn(page));
548         __dump_page(page, reason);
549         bad_flags &= page->flags;
550         if (bad_flags)
551                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
552                                                 bad_flags, &bad_flags);
553         dump_page_owner(page);
554
555         print_modules();
556         dump_stack();
557 out:
558         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
559         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
560         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
561 }
562
563 /*
564  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
565  *
566  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
567  *
568  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
569  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
570  *
571  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
572  * page destructors. See compound_page_dtors.
573  *
574  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
575  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
576  */
577
578 void free_compound_page(struct page *page)
579 {
580         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
581 }
582
583 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
584 {
585         int i;
586         int nr_pages = 1 << order;
587
588         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
589         set_compound_order(page, order);
590         __SetPageHead(page);
591         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
592                 struct page *p = page + i;
593                 set_page_count(p, 0);
594                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
595                 set_compound_head(p, page);
596         }
597         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
598 }
599
600 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
601 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
602 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
603                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
604 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
605 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
606
607 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
608 {
609         if (!buf)
610                 return -EINVAL;
611         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
612 }
613 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
614
615 static bool need_debug_guardpage(void)
616 {
617         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
618         if (!debug_pagealloc_enabled())
619                 return false;
620
621         if (!debug_guardpage_minorder())
622                 return false;
623
624         return true;
625 }
626
627 static void init_debug_guardpage(void)
628 {
629         if (!debug_pagealloc_enabled())
630                 return;
631
632         if (!debug_guardpage_minorder())
633                 return;
634
635         _debug_guardpage_enabled = true;
636 }
637
638 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
639         .need = need_debug_guardpage,
640         .init = init_debug_guardpage,
641 };
642
643 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
644 {
645         unsigned long res;
646
647         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
648                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
649                 return 0;
650         }
651         _debug_guardpage_minorder = res;
652         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
653         return 0;
654 }
655 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
656
657 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
658                                 unsigned int order, int migratetype)
659 {
660         struct page_ext *page_ext;
661
662         if (!debug_guardpage_enabled())
663                 return false;
664
665         if (order >= debug_guardpage_minorder())
666                 return false;
667
668         page_ext = lookup_page_ext(page);
669         if (unlikely(!page_ext))
670                 return false;
671
672         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
675         set_page_private(page, order);
676         /* Guard pages are not available for any usage */
677         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
678
679         return true;
680 }
681
682 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
683                                 unsigned int order, int migratetype)
684 {
685         struct page_ext *page_ext;
686
687         if (!debug_guardpage_enabled())
688                 return;
689
690         page_ext = lookup_page_ext(page);
691         if (unlikely(!page_ext))
692                 return;
693
694         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
695
696         set_page_private(page, 0);
697         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
698                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
699 }
700 #else
701 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
702 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
703                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
704 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
705                                 unsigned int order, int migratetype) {}
706 #endif
707
708 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
709 {
710         set_page_private(page, order);
711         __SetPageBuddy(page);
712 }
713
714 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
715 {
716         __ClearPageBuddy(page);
717         set_page_private(page, 0);
718 }
719
720 /*
721  * This function checks whether a page is free && is the buddy
722  * we can do coalesce a page and its buddy if
723  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
724  * (b) the buddy is in the buddy system &&
725  * (c) a page and its buddy have the same order &&
726  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
727  *
728  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
729  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
730  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
731  * serialized by zone->lock.
732  *
733  * For recording page's order, we use page_private(page).
734  */
735 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
736                                                         unsigned int order)
737 {
738         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
740                         return 0;
741
742                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
743
744                 return 1;
745         }
746
747         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
748                 /*
749                  * zone check is done late to avoid uselessly
750                  * calculating zone/node ids for pages that could
751                  * never merge.
752                  */
753                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
754                         return 0;
755
756                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
757
758                 return 1;
759         }
760         return 0;
761 }
762
763 /*
764  * Freeing function for a buddy system allocator.
765  *
766  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
767  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
768  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
769  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
770  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
771  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
772  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
773  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
774  * parts of the VM system.
775  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
776  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
777  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
778  * field.
779  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
780  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
781  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
782  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
783  * triggers coalescing into a block of larger size.
784  *
785  * -- nyc
786  */
787
788 static inline void __free_one_page(struct page *page,
789                 unsigned long pfn,
790                 struct zone *zone, unsigned int order,
791                 int migratetype)
792 {
793         unsigned long combined_pfn;
794         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
795         struct page *buddy;
796         unsigned int max_order;
797
798         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
799
800         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
801         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
802
803         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
804         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
805                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
806
807         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
808         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
809
810 continue_merging:
811         while (order < max_order - 1) {
812                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
813                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
814
815                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
816                         goto done_merging;
817                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
818                         goto done_merging;
819                 /*
820                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
821                  * merge with it and move up one order.
822                  */
823                 if (page_is_guard(buddy)) {
824                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
825                 } else {
826                         list_del(&buddy->lru);
827                         zone->free_area[order].nr_free--;
828                         rmv_page_order(buddy);
829                 }
830                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
831                 page = page + (combined_pfn - pfn);
832                 pfn = combined_pfn;
833                 order++;
834         }
835         if (max_order < MAX_ORDER) {
836                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
837                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
838                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
839                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
840                  *
841                  * We don't want to hit this code for the more frequent
842                  * low-order merging.
843                  */
844                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
845                         int buddy_mt;
846
847                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
848                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
849                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
850
851                         if (migratetype != buddy_mt
852                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
853                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
854                                 goto done_merging;
855                 }
856                 max_order++;
857                 goto continue_merging;
858         }
859
860 done_merging:
861         set_page_order(page, order);
862
863         /*
864          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
865          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
866          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
867          * that is happening, add the free page to the tail of the list
868          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
869          * as a higher order page
870          */
871         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
872                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
873                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
874                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
875                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
876                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
877                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
878                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
879                         list_add_tail(&page->lru,
880                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
881                         goto out;
882                 }
883         }
884
885         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
886 out:
887         zone->free_area[order].nr_free++;
888 }
889
890 /*
891  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
892  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
893  * check if necessary.
894  */
895 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
896                                         unsigned long check_flags)
897 {
898         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
899                 return false;
900
901         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
902                         page_ref_count(page) |
903 #ifdef CONFIG_MEMCG
904                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
905 #endif
906                         (page->flags & check_flags)))
907                 return false;
908
909         return true;
910 }
911
912 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
913 {
914         const char *bad_reason;
915         unsigned long bad_flags;
916
917         bad_reason = NULL;
918         bad_flags = 0;
919
920         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
921                 bad_reason = "nonzero mapcount";
922         if (unlikely(page->mapping != NULL))
923                 bad_reason = "non-NULL mapping";
924         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
925                 bad_reason = "nonzero _refcount";
926         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
927                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
928                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
929         }
930 #ifdef CONFIG_MEMCG
931         if (unlikely(page->mem_cgroup))
932                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
933 #endif
934         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
935 }
936
937 static inline int free_pages_check(struct page *page)
938 {
939         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
940                 return 0;
941
942         /* Something has gone sideways, find it */
943         free_pages_check_bad(page);
944         return 1;
945 }
946
947 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
948 {
949         int ret = 1;
950
951         /*
952          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
953          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
954          */
955         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
956
957         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
958                 ret = 0;
959                 goto out;
960         }
961         switch (page - head_page) {
962         case 1:
963                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
964                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
965                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
966                         goto out;
967                 }
968                 break;
969         case 2:
970                 /*
971                  * the second tail page: ->mapping is
972                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
973                  */
974                 break;
975         default:
976                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
977                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
978                         goto out;
979                 }
980                 break;
981         }
982         if (unlikely(!PageTail(page))) {
983                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
984                 goto out;
985         }
986         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
987                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
988                 goto out;
989         }
990         ret = 0;
991 out:
992         page->mapping = NULL;
993         clear_compound_head(page);
994         return ret;
995 }
996
997 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
998                                         unsigned int order, bool check_free)
999 {
1000         int bad = 0;
1001
1002         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1003
1004         trace_mm_page_free(page, order);
1005         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1006
1007         /*
1008          * Check tail pages before head page information is cleared to
1009          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1010          */
1011         if (unlikely(order)) {
1012                 bool compound = PageCompound(page);
1013                 int i;
1014
1015                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1016
1017                 if (compound)
1018                         ClearPageDoubleMap(page);
1019                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1020                         if (compound)
1021                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1022                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1023                                 bad++;
1024                                 continue;
1025                         }
1026                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1027                 }
1028         }
1029         if (PageMappingFlags(page))
1030                 page->mapping = NULL;
1031         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1032                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1033         if (check_free)
1034                 bad += free_pages_check(page);
1035         if (bad)
1036                 return false;
1037
1038         page_cpupid_reset_last(page);
1039         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1040         reset_page_owner(page, order);
1041
1042         if (!PageHighMem(page)) {
1043                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1044                                            PAGE_SIZE << order);
1045                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1046                                            PAGE_SIZE << order);
1047         }
1048         arch_free_page(page, order);
1049         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1050         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1051         kasan_free_pages(page, order);
1052
1053         return true;
1054 }
1055
1056 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1057 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1058 {
1059         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1060 }
1061
1062 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1063 {
1064         return false;
1065 }
1066 #else
1067 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1068 {
1069         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1070 }
1071
1072 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1073 {
1074         return free_pages_check(page);
1075 }
1076 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1077
1078 /*
1079  * Frees a number of pages from the PCP lists
1080  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1081  * count is the number of pages to free.
1082  *
1083  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1084  * see if this freeing clears that state.
1085  *
1086  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1087  * pinned" detection logic.
1088  */
1089 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1090                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1091 {
1092         int migratetype = 0;
1093         int batch_free = 0;
1094         bool isolated_pageblocks;
1095
1096         spin_lock(&zone->lock);
1097         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1098
1099         while (count) {
1100                 struct page *page;
1101                 struct list_head *list;
1102
1103                 /*
1104                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1105                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1106                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1107                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1108                  * lists
1109                  */
1110                 do {
1111                         batch_free++;
1112                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1113                                 migratetype = 0;
1114                         list = &pcp->lists[migratetype];
1115                 } while (list_empty(list));
1116
1117                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1118                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1119                         batch_free = count;
1120
1121                 do {
1122                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1123
1124                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1125                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1126                         list_del(&page->lru);
1127
1128                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1129                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1130                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1131                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1132                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1133                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1134
1135                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1136                                 continue;
1137
1138                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1139                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1140                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1141         }
1142         spin_unlock(&zone->lock);
1143 }
1144
1145 static void free_one_page(struct zone *zone,
1146                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1147                                 unsigned int order,
1148                                 int migratetype)
1149 {
1150         spin_lock(&zone->lock);
1151         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1152                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1153                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1154         }
1155         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1156         spin_unlock(&zone->lock);
1157 }
1158
1159 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned long zone, int nid)
1161 {
1162         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1163         init_page_count(page);
1164         page_mapcount_reset(page);
1165         page_cpupid_reset_last(page);
1166
1167         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1168 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1169         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1170         if (!is_highmem_idx(zone))
1171                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1172 #endif
1173 }
1174
1175 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1176                                         int nid)
1177 {
1178         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1179 }
1180
1181 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1182 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1183 {
1184         pg_data_t *pgdat;
1185         int nid, zid;
1186
1187         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1188                 return;
1189
1190         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1191         pgdat = NODE_DATA(nid);
1192
1193         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1194                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1195
1196                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1197                         break;
1198         }
1199         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1200 }
1201 #else
1202 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1203 {
1204 }
1205 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1206
1207 /*
1208  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1209  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1210  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1211  * sent to the buddy page allocator.
1212  */
1213 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1214 {
1215         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1216         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1217
1218         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1219                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1220                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1221
1222                         init_reserved_page(start_pfn);
1223
1224                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1225                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1226
1227                         SetPageReserved(page);
1228                 }
1229         }
1230 }
1231
1232 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1233 {
1234         unsigned long flags;
1235         int migratetype;
1236         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1237
1238         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1239                 return;
1240
1241         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1242         local_irq_save(flags);
1243         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1244         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1245         local_irq_restore(flags);
1246 }
1247
1248 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1249 {
1250         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1251         struct page *p = page;
1252         unsigned int loop;
1253
1254         prefetchw(p);
1255         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1256                 prefetchw(p + 1);
1257                 __ClearPageReserved(p);
1258                 set_page_count(p, 0);
1259         }
1260         __ClearPageReserved(p);
1261         set_page_count(p, 0);
1262
1263         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1264         set_page_refcounted(page);
1265         __free_pages(page, order);
1266 }
1267
1268 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1269         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1270
1271 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1272
1273 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1274 {
1275         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1276         int nid;
1277
1278         spin_lock(&early_pfn_lock);
1279         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1280         if (nid < 0)
1281                 nid = first_online_node;
1282         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1283
1284         return nid;
1285 }
1286 #endif
1287
1288 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1289 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1290                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1291 {
1292         int nid;
1293
1294         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1295         if (nid >= 0 && nid != node)
1296                 return false;
1297         return true;
1298 }
1299
1300 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1301 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1302 {
1303         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1304 }
1305
1306 #else
1307
1308 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1313                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 #endif
1318
1319
1320 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1321                                                         unsigned int order)
1322 {
1323         if (early_page_uninitialised(pfn))
1324                 return;
1325         return __free_pages_boot_core(page, order);
1326 }
1327
1328 /*
1329  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1330  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1331  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1332  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1333  * pageblocks.
1334  *
1335  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1336  *
1337  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1338  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1339  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1340  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1341  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1342  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1343  * page in a pageblock.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1358
1359         if (page_zone(start_page) != zone)
1360                 return NULL;
1361
1362         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1363
1364         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1365         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1366                 return NULL;
1367
1368         return start_page;
1369 }
1370
1371 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1372 {
1373         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1374         unsigned long block_end_pfn;
1375
1376         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1377         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1378                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1379                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1380
1381                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1382
1383                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1384                                              block_end_pfn, zone))
1385                         return;
1386         }
1387
1388         /* We confirm that there is no hole */
1389         zone->contiguous = true;
1390 }
1391
1392 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1393 {
1394         zone->contiguous = false;
1395 }
1396
1397 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1398 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1399                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         if (!page)
1404                 return;
1405
1406         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1407         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1408             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1409                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1410                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1411                 return;
1412         }
1413
1414         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1415                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1416                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418         }
1419 }
1420
1421 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1422 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1423 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1424
1425 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1426 {
1427         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1428                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1429 }
1430
1431 /* Initialise remaining memory on a node */
1432 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1433 {
1434         pg_data_t *pgdat = data;
1435         int nid = pgdat->node_id;
1436         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1437         unsigned long start = jiffies;
1438         unsigned long nr_pages = 0;
1439         unsigned long walk_start, walk_end;
1440         int i, zid;
1441         struct zone *zone;
1442         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1443         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1444
1445         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1446                 pgdat_init_report_one_done();
1447                 return 0;
1448         }
1449
1450         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1451         if (!cpumask_empty(cpumask))
1452                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1453
1454         /* Sanity check boundaries */
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1456         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1457         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1458
1459         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1460         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1461                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1462                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1463                         break;
1464         }
1465
1466         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1467                 unsigned long pfn, end_pfn;
1468                 struct page *page = NULL;
1469                 struct page *free_base_page = NULL;
1470                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1471                 int nr_to_free = 0;
1472
1473                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1474                 pfn = first_init_pfn;
1475                 if (pfn < walk_start)
1476                         pfn = walk_start;
1477                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1478                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1479
1480                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1481                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1482                                 goto free_range;
1483
1484                         /*
1485                          * Ensure pfn_valid is checked every
1486                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1487                          */
1488                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1489                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1490                                         page = NULL;
1491                                         goto free_range;
1492                                 }
1493                         }
1494
1495                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1496                                 page = NULL;
1497                                 goto free_range;
1498                         }
1499
1500                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1501                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1502                                 page++;
1503                         } else {
1504                                 nr_pages += nr_to_free;
1505                                 deferred_free_range(free_base_page,
1506                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1507                                 free_base_page = NULL;
1508                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1509
1510                                 page = pfn_to_page(pfn);
1511                                 cond_resched();
1512                         }
1513
1514                         if (page->flags) {
1515                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1516                                 goto free_range;
1517                         }
1518
1519                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1520                         if (!free_base_page) {
1521                                 free_base_page = page;
1522                                 free_base_pfn = pfn;
1523                                 nr_to_free = 0;
1524                         }
1525                         nr_to_free++;
1526
1527                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1528                         continue;
1529 free_range:
1530                         /* Free the current block of pages to allocator */
1531                         nr_pages += nr_to_free;
1532                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1533                                                                 nr_to_free);
1534                         free_base_page = NULL;
1535                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1536                 }
1537                 /* Free the last block of pages to allocator */
1538                 nr_pages += nr_to_free;
1539                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1540
1541                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1542         }
1543
1544         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1545         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1546
1547         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1548                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1549
1550         pgdat_init_report_one_done();
1551         return 0;
1552 }
1553 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1554
1555 void __init page_alloc_init_late(void)
1556 {
1557         struct zone *zone;
1558
1559 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1560         int nid;
1561
1562         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1563         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1564         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1565                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1566         }
1567
1568         /* Block until all are initialised */
1569         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1570
1571         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1572         files_maxfiles_init();
1573 #endif
1574
1575         for_each_populated_zone(zone)
1576                 set_zone_contiguous(zone);
1577 }
1578
1579 #ifdef CONFIG_CMA
1580 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1581 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1582 {
1583         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1584         struct page *p = page;
1585
1586         do {
1587                 __ClearPageReserved(p);
1588                 set_page_count(p, 0);
1589         } while (++p, --i);
1590
1591         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1592
1593         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1594                 i = pageblock_nr_pages;
1595                 p = page;
1596                 do {
1597                         set_page_refcounted(p);
1598                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1599                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1600                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1601         } else {
1602                 set_page_refcounted(page);
1603                 __free_pages(page, pageblock_order);
1604         }
1605
1606         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1607 }
1608 #endif
1609
1610 /*
1611  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1612  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1613  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1614  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1615  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1616  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1617  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1618  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1619  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1620  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1621  *
1622  * -- nyc
1623  */
1624 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1625         int low, int high, struct free_area *area,
1626         int migratetype)
1627 {
1628         unsigned long size = 1 << high;
1629
1630         while (high > low) {
1631                 area--;
1632                 high--;
1633                 size >>= 1;
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1635
1636                 /*
1637                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1638                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1639                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1640                  * pages will stay not present in virtual address space
1641                  */
1642                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1643                         continue;
1644
1645                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1646                 area->nr_free++;
1647                 set_page_order(&page[size], high);
1648         }
1649 }
1650
1651 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1652 {
1653         const char *bad_reason = NULL;
1654         unsigned long bad_flags = 0;
1655
1656         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1657                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1658         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1659                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1660         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1661                 bad_reason = "nonzero _count";
1662         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1663                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1664                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1665                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1666                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1667                 return;
1668         }
1669         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1670                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1671                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1672         }
1673 #ifdef CONFIG_MEMCG
1674         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1675                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1676 #endif
1677         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * This page is about to be returned from the page allocator
1682  */
1683 static inline int check_new_page(struct page *page)
1684 {
1685         if (likely(page_expected_state(page,
1686                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1687                 return 0;
1688
1689         check_new_page_bad(page);
1690         return 1;
1691 }
1692
1693 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1694 {
1695         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1696                 page_poisoning_enabled();
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1700 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1701 {
1702         return false;
1703 }
1704
1705 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1706 {
1707         return check_new_page(page);
1708 }
1709 #else
1710 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1715 {
1716         return false;
1717 }
1718 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1719
1720 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1721 {
1722         int i;
1723         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1724                 struct page *p = page + i;
1725
1726                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1727                         return true;
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1734                                 gfp_t gfp_flags)
1735 {
1736         set_page_private(page, 0);
1737         set_page_refcounted(page);
1738
1739         arch_alloc_page(page, order);
1740         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1741         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kasan_alloc_pages(page, order);
1743         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1744 }
1745
1746 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1747                                                         unsigned int alloc_flags)
1748 {
1749         int i;
1750
1751         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1752
1753         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1754                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1755                         clear_highpage(page + i);
1756
1757         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1758                 prep_compound_page(page, order);
1759
1760         /*
1761          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1762          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1763          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1764          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1765          */
1766         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1767                 set_page_pfmemalloc(page);
1768         else
1769                 clear_page_pfmemalloc(page);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1774  * the smallest available page from the freelists
1775  */
1776 static inline
1777 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1778                                                 int migratetype)
1779 {
1780         unsigned int current_order;
1781         struct free_area *area;
1782         struct page *page;
1783
1784         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1785         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1786                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1787                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1788                                                         struct page, lru);
1789                 if (!page)
1790                         continue;
1791                 list_del(&page->lru);
1792                 rmv_page_order(page);
1793                 area->nr_free--;
1794                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1795                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1796                 return page;
1797         }
1798
1799         return NULL;
1800 }
1801
1802
1803 /*
1804  * This array describes the order lists are fallen back to when
1805  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1806  */
1807 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1808         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1809         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1810         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1811 #ifdef CONFIG_CMA
1812         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1813 #endif
1814 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1815         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1816 #endif
1817 };
1818
1819 #ifdef CONFIG_CMA
1820 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1821                                         unsigned int order)
1822 {
1823         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1824 }
1825 #else
1826 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1827                                         unsigned int order) { return NULL; }
1828 #endif
1829
1830 /*
1831  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1832  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1833  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1834  */
1835 static int move_freepages(struct zone *zone,
1836                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1837                           int migratetype, int *num_movable)
1838 {
1839         struct page *page;
1840         unsigned int order;
1841         int pages_moved = 0;
1842
1843 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1844         /*
1845          * page_zone is not safe to call in this context when
1846          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1847          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1848          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1849          * grouping pages by mobility
1850          */
1851         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1852 #endif
1853
1854         if (num_movable)
1855                 *num_movable = 0;
1856
1857         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1858                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1859                         page++;
1860                         continue;
1861                 }
1862
1863                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1864                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1865
1866                 if (!PageBuddy(page)) {
1867                         /*
1868                          * We assume that pages that could be isolated for
1869                          * migration are movable. But we don't actually try
1870                          * isolating, as that would be expensive.
1871                          */
1872                         if (num_movable &&
1873                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1874                                 (*num_movable)++;
1875
1876                         page++;
1877                         continue;
1878                 }
1879
1880                 order = page_order(page);
1881                 list_move(&page->lru,
1882                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1883                 page += 1 << order;
1884                 pages_moved += 1 << order;
1885         }
1886
1887         return pages_moved;
1888 }
1889
1890 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1891                                 int migratetype, int *num_movable)
1892 {
1893         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1894         struct page *start_page, *end_page;
1895
1896         start_pfn = page_to_pfn(page);
1897         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1898         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1899         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1900         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1901
1902         /* Do not cross zone boundaries */
1903         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1904                 start_page = page;
1905         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1906                 return 0;
1907
1908         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
1909                                                                 num_movable);
1910 }
1911
1912 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1913                                         int start_order, int migratetype)
1914 {
1915         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1916
1917         while (nr_pageblocks--) {
1918                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1919                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1920         }
1921 }
1922
1923 /*
1924  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1925  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1926  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1927  *
1928  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1929  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1930  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1931  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1932  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1933  * pageblocks.
1934  */
1935 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1936 {
1937         /*
1938          * Leaving this order check is intended, although there is
1939          * relaxed order check in next check. The reason is that
1940          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1941          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1942          * so could be changed anytime.
1943          */
1944         if (order >= pageblock_order)
1945                 return true;
1946
1947         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1948                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1949                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1950                 page_group_by_mobility_disabled)
1951                 return true;
1952
1953         return false;
1954 }
1955
1956 /*
1957  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1958  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1959  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1960  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1961  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1962  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1963  */
1964 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1965                                         int start_type, bool whole_block)
1966 {
1967         unsigned int current_order = page_order(page);
1968         struct free_area *area;
1969         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1970         int old_block_type;
1971
1972         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1973
1974         /*
1975          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1976          * highatomic accounting.
1977          */
1978         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1979                 goto single_page;
1980
1981         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1982         if (current_order >= pageblock_order) {
1983                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1984                 goto single_page;
1985         }
1986
1987         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1988         if (!whole_block)
1989                 goto single_page;
1990
1991         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1992                                                 &movable_pages);
1993         /*
1994          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1995          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1996          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1997          */
1998         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1999                 alike_pages = movable_pages;
2000         } else {
2001                 /*
2002                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2003                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2004                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2005                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2006                  * exact migratetype of non-movable pages.
2007                  */
2008                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2009                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2010                                                 - (free_pages + movable_pages);
2011                 else
2012                         alike_pages = 0;
2013         }
2014
2015         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2016         if (!free_pages)
2017                 goto single_page;
2018
2019         /*
2020          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2021          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2022          */
2023         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2024                         page_group_by_mobility_disabled)
2025                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2026
2027         return;
2028
2029 single_page:
2030         area = &zone->free_area[current_order];
2031         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2032 }
2033
2034 /*
2035  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2036  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2037  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2038  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2039  */
2040 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2041                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2042 {
2043         int i;
2044         int fallback_mt;
2045
2046         if (area->nr_free == 0)
2047                 return -1;
2048
2049         *can_steal = false;
2050         for (i = 0;; i++) {
2051                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2052                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2053                         break;
2054
2055                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2056                         continue;
2057
2058                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2059                         *can_steal = true;
2060
2061                 if (!only_stealable)
2062                         return fallback_mt;
2063
2064                 if (*can_steal)
2065                         return fallback_mt;
2066         }
2067
2068         return -1;
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2073  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2074  */
2075 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2076                                 unsigned int alloc_order)
2077 {
2078         int mt;
2079         unsigned long max_managed, flags;
2080
2081         /*
2082          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2083          * Check is race-prone but harmless.
2084          */
2085         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2086         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2087                 return;
2088
2089         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2090
2091         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2092         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2093                 goto out_unlock;
2094
2095         /* Yoink! */
2096         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2097         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2098             && !is_migrate_cma(mt)) {
2099                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2100                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2101                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2102         }
2103
2104 out_unlock:
2105         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2110  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2111  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2112  * to recover from than an OOM.
2113  *
2114  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2115  * pageblock is exhausted.
2116  */
2117 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2118                                                 bool force)
2119 {
2120         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2121         unsigned long flags;
2122         struct zoneref *z;
2123         struct zone *zone;
2124         struct page *page;
2125         int order;
2126         bool ret;
2127
2128         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2129                                                                 ac->nodemask) {
2130                 /*
2131                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2132                  * is really high.
2133                  */
2134                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2135                                         pageblock_nr_pages)
2136                         continue;
2137
2138                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2139                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2140                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2141
2142                         page = list_first_entry_or_null(
2143                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2144                                         struct page, lru);
2145                         if (!page)
2146                                 continue;
2147
2148                         /*
2149                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2150                          * we can counter several free pages in a pageblock
2151                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2152                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2153                          * adjust the count once.
2154                          */
2155                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2156                                 /*
2157                                  * It should never happen but changes to
2158                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2159                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2160                                  * while unreserving so be safe and watch for
2161                                  * underflows.
2162                                  */
2163                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2164                                                 pageblock_nr_pages,
2165                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2166                         }
2167
2168                         /*
2169                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2170                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2171                          * is doing the work and needs the pages. More
2172                          * importantly, if the block was always converted to
2173                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2174                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2175                          * may increase.
2176                          */
2177                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2178                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2179                                                                         NULL);
2180                         if (ret) {
2181                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2182                                 return ret;
2183                         }
2184                 }
2185                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2186         }
2187
2188         return false;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2193  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2194  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2195  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2196  */
2197 static inline bool
2198 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2199 {
2200         struct free_area *area;
2201         unsigned int current_order;
2202         struct page *page;
2203         int fallback_mt;
2204         bool can_steal;
2205
2206         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2207         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2208                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2209                                 --current_order) {
2210                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2211                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2212                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2213                 if (fallback_mt == -1)
2214                         continue;
2215
2216                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2217                                                 struct page, lru);
2218
2219                 steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype,
2220                                                                 can_steal);
2221
2222                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2223                         start_migratetype, fallback_mt);
2224
2225                 return true;
2226         }
2227
2228         return false;
2229 }
2230
2231 /*
2232  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2233  * Call me with the zone->lock already held.
2234  */
2235 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2236                                 int migratetype)
2237 {
2238         struct page *page;
2239
2240 retry:
2241         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2242         if (unlikely(!page)) {
2243                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2244                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2245
2246                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2247                         goto retry;
2248         }
2249
2250         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2251         return page;
2252 }
2253
2254 /*
2255  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2256  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2257  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2258  */
2259 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2260                         unsigned long count, struct list_head *list,
2261                         int migratetype, bool cold)
2262 {
2263         int i, alloced = 0;
2264
2265         spin_lock(&zone->lock);
2266         for (i = 0; i < count; ++i) {
2267                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2268                 if (unlikely(page == NULL))
2269                         break;
2270
2271                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2272                         continue;
2273
2274                 /*
2275                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2276                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2277                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2278                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2279                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2280                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2281                  * properly.
2282                  */
2283                 if (likely(!cold))
2284                         list_add(&page->lru, list);
2285                 else
2286                         list_add_tail(&page->lru, list);
2287                 list = &page->lru;
2288                 alloced++;
2289                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2290                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2291                                               -(1 << order));
2292         }
2293
2294         /*
2295          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2296          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2297          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2298          * pages added to the pcp list.
2299          */
2300         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2301         spin_unlock(&zone->lock);
2302         return alloced;
2303 }
2304
2305 #ifdef CONFIG_NUMA
2306 /*
2307  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2308  * currently executing processor on remote nodes after they have
2309  * expired.
2310  *
2311  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2312  * a single processor.
2313  */
2314 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2315 {
2316         unsigned long flags;
2317         int to_drain, batch;
2318
2319         local_irq_save(flags);
2320         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2321         to_drain = min(pcp->count, batch);
2322         if (to_drain > 0) {
2323                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2324                 pcp->count -= to_drain;
2325         }
2326         local_irq_restore(flags);
2327 }
2328 #endif
2329
2330 /*
2331  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2332  *
2333  * The processor must either be the current processor and the
2334  * thread pinned to the current processor or a processor that
2335  * is not online.
2336  */
2337 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2338 {
2339         unsigned long flags;
2340         struct per_cpu_pageset *pset;
2341         struct per_cpu_pages *pcp;
2342
2343         local_irq_save(flags);
2344         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2345
2346         pcp = &pset->pcp;
2347         if (pcp->count) {
2348                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2349                 pcp->count = 0;
2350         }
2351         local_irq_restore(flags);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2356  *
2357  * The processor must either be the current processor and the
2358  * thread pinned to the current processor or a processor that
2359  * is not online.
2360  */
2361 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2362 {
2363         struct zone *zone;
2364
2365         for_each_populated_zone(zone) {
2366                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2367         }
2368 }
2369
2370 /*
2371  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2372  *
2373  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2374  * the single zone's pages.
2375  */
2376 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2377 {
2378         int cpu = smp_processor_id();
2379
2380         if (zone)
2381                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2382         else
2383                 drain_pages(cpu);
2384 }
2385
2386 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2387 {
2388         /*
2389          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2390          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2391          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2392          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2393          * a different one.
2394          */
2395         preempt_disable();
2396         drain_local_pages(NULL);
2397         preempt_enable();
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2402  *
2403  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2404  *
2405  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2406  */
2407 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2408 {
2409         int cpu;
2410
2411         /*
2412          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2413          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2414          */
2415         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2416
2417         /*
2418          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2419          * initialized.
2420          */
2421         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2422                 return;
2423
2424         /* Workqueues cannot recurse */
2425         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
2426                 return;
2427
2428         /*
2429          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2430          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2431          * the drain to be complete when the call returns.
2432          */
2433         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2434                 if (!zone)
2435                         return;
2436                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2437         }
2438
2439         /*
2440          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2441          * as offline notification will cause the notified
2442          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2443          * disables preemption as part of its processing
2444          */
2445         for_each_online_cpu(cpu) {
2446                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2447                 struct zone *z;
2448                 bool has_pcps = false;
2449
2450                 if (zone) {
2451                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2452                         if (pcp->pcp.count)
2453                                 has_pcps = true;
2454                 } else {
2455                         for_each_populated_zone(z) {
2456                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2457                                 if (pcp->pcp.count) {
2458                                         has_pcps = true;
2459                                         break;
2460                                 }
2461                         }
2462                 }
2463
2464                 if (has_pcps)
2465                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2466                 else
2467                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2468         }
2469
2470         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2471                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2472                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2473                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2474         }
2475         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2476                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2477
2478         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2479 }
2480
2481 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2482
2483 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2484 {
2485         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2486         unsigned long flags;
2487         unsigned int order, t;
2488         struct page *page;
2489
2490         if (zone_is_empty(zone))
2491                 return;
2492
2493         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2494
2495         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2496         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2497                 if (pfn_valid(pfn)) {
2498                         page = pfn_to_page(pfn);
2499
2500                         if (page_zone(page) != zone)
2501                                 continue;
2502
2503                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2504                                 swsusp_unset_page_free(page);
2505                 }
2506
2507         for_each_migratetype_order(order, t) {
2508                 list_for_each_entry(page,
2509                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2510                         unsigned long i;
2511
2512                         pfn = page_to_pfn(page);
2513                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2514                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2515                 }
2516         }
2517         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2518 }
2519 #endif /* CONFIG_PM */
2520
2521 /*
2522  * Free a 0-order page
2523  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2524  */
2525 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2526 {
2527         struct zone *zone = page_zone(page);
2528         struct per_cpu_pages *pcp;
2529         unsigned long flags;
2530         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2531         int migratetype;
2532
2533         if (!free_pcp_prepare(page))
2534                 return;
2535
2536         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2537         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2538         local_irq_save(flags);
2539         __count_vm_event(PGFREE);
2540
2541         /*
2542          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2543          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2544          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2545          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2546          * excessively into the page allocator
2547          */
2548         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2549                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2550                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2551                         goto out;
2552                 }
2553                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2554         }
2555
2556         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2557         if (!cold)
2558                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2559         else
2560                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2561         pcp->count++;
2562         if (pcp->count >= pcp->high) {
2563                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2564                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2565                 pcp->count -= batch;
2566         }
2567
2568 out:
2569         local_irq_restore(flags);
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Free a list of 0-order pages
2574  */
2575 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2576 {
2577         struct page *page, *next;
2578
2579         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2580                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2581                 free_hot_cold_page(page, cold);
2582         }
2583 }
2584
2585 /*
2586  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2587  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2588  * Each sub-page must be freed individually.
2589  *
2590  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2591  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2592  */
2593 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2594 {
2595         int i;
2596
2597         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2598         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2599
2600 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2601         /*
2602          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2603          * otherwise free the whole shadow.
2604          */
2605         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2606                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2607 #endif
2608
2609         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2610                 set_page_refcounted(page + i);
2611         split_page_owner(page, order);
2612 }
2613 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2614
2615 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2616 {
2617         unsigned long watermark;
2618         struct zone *zone;
2619         int mt;
2620
2621         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2622
2623         zone = page_zone(page);
2624         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2625
2626         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2627                 /*
2628                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2629                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2630                  * watermark, because we already know our high-order page
2631                  * exists.
2632                  */
2633                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2634                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2635                         return 0;
2636
2637                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2638         }
2639
2640         /* Remove page from free list */
2641         list_del(&page->lru);
2642         zone->free_area[order].nr_free--;
2643         rmv_page_order(page);
2644
2645         /*
2646          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2647          * pageblock
2648          */
2649         if (order >= pageblock_order - 1) {
2650                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2651                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2652                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2653                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2654                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2655                                 set_pageblock_migratetype(page,
2656                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2657                 }
2658         }
2659
2660
2661         return 1UL << order;
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Update NUMA hit/miss statistics
2666  *
2667  * Must be called with interrupts disabled.
2668  */
2669 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2670 {
2671 #ifdef CONFIG_NUMA
2672         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2673
2674         if (z->node != numa_node_id())
2675                 local_stat = NUMA_OTHER;
2676
2677         if (z->node == preferred_zone->node)
2678                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2679         else {
2680                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2681                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2682         }
2683         __inc_zone_state(z, local_stat);
2684 #endif
2685 }
2686
2687 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2688 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2689                         bool cold, struct per_cpu_pages *pcp,
2690                         struct list_head *list)
2691 {
2692         struct page *page;
2693
2694         do {
2695                 if (list_empty(list)) {
2696                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2697                                         pcp->batch, list,
2698                                         migratetype, cold);
2699                         if (unlikely(list_empty(list)))
2700                                 return NULL;
2701                 }
2702
2703                 if (cold)
2704                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2705                 else
2706                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2707
2708                 list_del(&page->lru);
2709                 pcp->count--;
2710         } while (check_new_pcp(page));
2711
2712         return page;
2713 }
2714
2715 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2716 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2717                         struct zone *zone, unsigned int order,
2718                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2719 {
2720         struct per_cpu_pages *pcp;
2721         struct list_head *list;
2722         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2723         struct page *page;
2724         unsigned long flags;
2725
2726         local_irq_save(flags);
2727         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2728         list = &pcp->lists[migratetype];
2729         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, cold, pcp, list);
2730         if (page) {
2731                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2732                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2733         }
2734         local_irq_restore(flags);
2735         return page;
2736 }
2737
2738 /*
2739  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2740  */
2741 static inline
2742 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2743                         struct zone *zone, unsigned int order,
2744                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2745                         int migratetype)
2746 {
2747         unsigned long flags;
2748         struct page *page;
2749
2750         if (likely(order == 0)) {
2751                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2752                                 gfp_flags, migratetype);
2753                 goto out;
2754         }
2755
2756         /*
2757          * We most definitely don't want callers attempting to
2758          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2759          */
2760         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2761         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2762
2763         do {
2764                 page = NULL;
2765                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2766                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2767                         if (page)
2768                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2769                 }
2770                 if (!page)
2771                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2772         } while (page && check_new_pages(page, order));
2773         spin_unlock(&zone->lock);
2774         if (!page)
2775                 goto failed;
2776         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2777                                   get_pcppage_migratetype(page));
2778
2779         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2780         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2781         local_irq_restore(flags);
2782
2783 out:
2784         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2785         return page;
2786
2787 failed:
2788         local_irq_restore(flags);
2789         return NULL;
2790 }
2791
2792 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2793
2794 static struct {
2795         struct fault_attr attr;
2796
2797         bool ignore_gfp_highmem;
2798         bool ignore_gfp_reclaim;
2799         u32 min_order;
2800 } fail_page_alloc = {
2801         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2802         .ignore_gfp_reclaim = true,
2803         .ignore_gfp_highmem = true,
2804         .min_order = 1,
2805 };
2806
2807 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2808 {
2809         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2810 }
2811 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2812
2813 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2814 {
2815         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2816                 return false;
2817         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2818                 return false;
2819         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2820                 return false;
2821         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2822                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2823                 return false;
2824
2825         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2826 }
2827
2828 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2829
2830 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2831 {
2832         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2833         struct dentry *dir;
2834
2835         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2836                                         &fail_page_alloc.attr);
2837         if (IS_ERR(dir))
2838                 return PTR_ERR(dir);
2839
2840         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2841                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2842                 goto fail;
2843         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2844                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2845                 goto fail;
2846         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2847                                 &fail_page_alloc.min_order))
2848                 goto fail;
2849
2850         return 0;
2851 fail:
2852         debugfs_remove_recursive(dir);
2853
2854         return -ENOMEM;
2855 }
2856
2857 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2858
2859 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2860
2861 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2862
2863 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2864 {
2865         return false;
2866 }
2867
2868 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2869
2870 /*
2871  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2872  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2873  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2874  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2875  */
2876 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2877                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2878                          long free_pages)
2879 {
2880         long min = mark;
2881         int o;
2882         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2883
2884         /* free_pages may go negative - that's OK */
2885         free_pages -= (1 << order) - 1;
2886
2887         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2888                 min -= min / 2;
2889
2890         /*
2891          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2892          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2893          * atomic reserve but it avoids a search.
2894          */
2895         if (likely(!alloc_harder))
2896                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2897         else
2898                 min -= min / 4;
2899
2900 #ifdef CONFIG_CMA
2901         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2902         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2903                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2904 #endif
2905
2906         /*
2907          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2908          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2909          * even if a suitable page happened to be free.
2910          */
2911         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2912                 return false;
2913
2914         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2915         if (!order)
2916                 return true;
2917
2918         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2919         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2920                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2921                 int mt;
2922
2923                 if (!area->nr_free)
2924                         continue;
2925
2926                 if (alloc_harder)
2927                         return true;
2928
2929                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2930                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2931                                 return true;
2932                 }
2933
2934 #ifdef CONFIG_CMA
2935                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2936                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2937                         return true;
2938                 }
2939 #endif
2940         }
2941         return false;
2942 }
2943
2944 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2945                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2946 {
2947         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2948                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2949 }
2950
2951 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2952                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2953 {
2954         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2955         long cma_pages = 0;
2956
2957 #ifdef CONFIG_CMA
2958         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2959         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2960                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2961 #endif
2962
2963         /*
2964          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2965          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2966          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2967          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2968          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2969          */
2970         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2971                 return true;
2972
2973         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2974                                         free_pages);
2975 }
2976
2977 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2978                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2979 {
2980         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2981
2982         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2983                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2984
2985         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2986                                                                 free_pages);
2987 }
2988
2989 #ifdef CONFIG_NUMA
2990 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2991 {
2992         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2993                                 RECLAIM_DISTANCE;
2994 }
2995 #else   /* CONFIG_NUMA */
2996 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2997 {
2998         return true;
2999 }
3000 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3001
3002 /*
3003  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3004  * a page.
3005  */
3006 static struct page *
3007 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3008                                                 const struct alloc_context *ac)
3009 {
3010         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3011         struct zone *zone;
3012         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3013
3014         /*
3015          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3016          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3017          */
3018         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3019                                                                 ac->nodemask) {
3020                 struct page *page;
3021                 unsigned long mark;
3022
3023                 if (cpusets_enabled() &&
3024                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3025                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3026                                 continue;
3027                 /*
3028                  * When allocating a page cache page for writing, we
3029                  * want to get it from a node that is within its dirty
3030                  * limit, such that no single node holds more than its
3031                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3032                  * The dirty limits take into account the node's
3033                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3034                  * should be able to balance it without having to
3035                  * write pages from its LRU list.
3036                  *
3037                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3038                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3039                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3040                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3041                  * nodes are together not big enough to reach the
3042                  * global limit.  The proper fix for these situations
3043                  * will require awareness of nodes in the
3044                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3045                  */
3046                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3047                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3048                                 continue;
3049
3050                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3051                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3052                                 continue;
3053                         }
3054                 }
3055
3056                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3057                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3058                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3059                         int ret;
3060
3061                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3062                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3063                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3064                                 goto try_this_zone;
3065
3066                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3067                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3068                                 continue;
3069
3070                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3071                         switch (ret) {
3072                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3073                                 /* did not scan */
3074                                 continue;
3075                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3076                                 /* scanned but unreclaimable */
3077                                 continue;
3078                         default:
3079                                 /* did we reclaim enough */
3080                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3081                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3082                                         goto try_this_zone;
3083
3084                                 continue;
3085                         }
3086                 }
3087
3088 try_this_zone:
3089                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3090                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3091                 if (page) {
3092                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3093
3094                         /*
3095                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3096                          * if the pageblock should be reserved for the future
3097                          */
3098                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3099                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3100
3101                         return page;
3102                 }
3103         }
3104
3105         return NULL;
3106 }
3107
3108 /*
3109  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3110  * meminfo in irq context.
3111  */
3112 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3113 {
3114         bool ret = false;
3115
3116 #if NODES_SHIFT > 8
3117         ret = in_interrupt();
3118 #endif
3119         return ret;
3120 }
3121
3122 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3123 {
3124         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3125         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3126
3127         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3128                 return;
3129
3130         /*
3131          * This documents exceptions given to allocations in certain
3132          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3133          * of allowed nodes.
3134          */
3135         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3136                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3137                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3138                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3139         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3140                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3141
3142         show_mem(filter, nodemask);
3143 }
3144
3145 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3146 {
3147         struct va_format vaf;
3148         va_list args;
3149         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3150                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3151
3152         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3153                 return;
3154
3155         pr_warn("%s: ", current->comm);
3156
3157         va_start(args, fmt);
3158         vaf.fmt = fmt;
3159         vaf.va = &args;
3160         pr_cont("%pV", &vaf);
3161         va_end(args);
3162
3163         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=", gfp_mask, &gfp_mask);
3164         if (nodemask)
3165                 pr_cont("%*pbl\n", nodemask_pr_args(nodemask));
3166         else
3167                 pr_cont("(null)\n");
3168
3169         cpuset_print_current_mems_allowed();
3170
3171         dump_stack();
3172         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3173 }
3174
3175 static inline struct page *
3176 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3177                               unsigned int alloc_flags,
3178                               const struct alloc_context *ac)
3179 {
3180         struct page *page;
3181
3182         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3183                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3184         /*
3185          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3186          * are depleted
3187          */
3188         if (!page)
3189                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3190                                 alloc_flags, ac);
3191
3192         return page;
3193 }
3194
3195 static inline struct page *
3196 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3197         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3198 {
3199         struct oom_control oc = {
3200                 .zonelist = ac->zonelist,
3201                 .nodemask = ac->nodemask,
3202                 .memcg = NULL,
3203                 .gfp_mask = gfp_mask,
3204                 .order = order,
3205         };
3206         struct page *page;
3207
3208         *did_some_progress = 0;
3209
3210         /*
3211          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3212          * making progress for us.
3213          */
3214         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3215                 *did_some_progress = 1;
3216                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3217                 return NULL;
3218         }
3219
3220         /*
3221          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3222          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3223          * we're still under heavy pressure.
3224          */
3225         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3226                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3227         if (page)
3228                 goto out;
3229
3230         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3231         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3232                 goto out;
3233         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3234         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3235                 goto out;
3236         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3237         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3238                 goto out;
3239         if (pm_suspended_storage())
3240                 goto out;
3241         /*
3242          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3243          * other request to make a forward progress.
3244          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3245          * do much for this context but let's try it to at least get
3246          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3247          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3248          * failures more gracefully we should just bail out here.
3249          */
3250
3251         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3252         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3253                 goto out;
3254
3255         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3256         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3257                 *did_some_progress = 1;
3258
3259                 /*
3260                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3261                  * reserves
3262                  */
3263                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3264                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3265                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3266         }
3267 out:
3268         mutex_unlock(&oom_lock);
3269         return page;
3270 }
3271
3272 /*
3273  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3274  * killer is consider as the only way to move forward.
3275  */
3276 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3277
3278 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3279 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3280 static struct page *
3281 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3282                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3283                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3284 {
3285         struct page *page;
3286
3287         if (!order)
3288                 return NULL;
3289
3290         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3291         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3292                                                                         prio);
3293         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3294
3295         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3296                 return NULL;
3297
3298         /*
3299          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3300          * count a compaction stall
3301          */
3302         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3303
3304         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3305
3306         if (page) {
3307                 struct zone *zone = page_zone(page);
3308
3309                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3310                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3311                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3312                 return page;
3313         }
3314
3315         /*
3316          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3317          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3318          */
3319         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3320
3321         cond_resched();
3322
3323         return NULL;
3324 }
3325
3326 static inline bool
3327 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3328                      enum compact_result compact_result,
3329                      enum compact_priority *compact_priority,
3330                      int *compaction_retries)
3331 {
3332         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3333         int min_priority;
3334         bool ret = false;
3335         int retries = *compaction_retries;
3336         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3337
3338         if (!order)
3339                 return false;
3340
3341         if (compaction_made_progress(compact_result))
3342                 (*compaction_retries)++;
3343
3344         /*
3345          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3346          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3347          * failure could be caused by insufficient priority
3348          */
3349         if (compaction_failed(compact_result))
3350                 goto check_priority;
3351
3352         /*
3353          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3354          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3355          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3356          * compaction.
3357          */
3358         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3359                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3360                 goto out;
3361         }
3362
3363         /*
3364          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3365          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3366          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3367          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3368          * would need much more detailed feedback from compaction to
3369          * make a better decision.
3370          */
3371         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3372                 max_retries /= 4;
3373         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3374                 ret = true;
3375                 goto out;
3376         }
3377
3378         /*
3379          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3380          * all retries or failed at the lower priorities.
3381          */
3382 check_priority:
3383         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3384                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3385
3386         if (*compact_priority > min_priority) {
3387                 (*compact_priority)--;
3388                 *compaction_retries = 0;
3389                 ret = true;
3390         }
3391 out:
3392         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3393         return ret;
3394 }
3395 #else
3396 static inline struct page *
3397 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3398                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3399                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3400 {
3401         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3402         return NULL;
3403 }
3404
3405 static inline bool
3406 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3407                      enum compact_result compact_result,
3408                      enum compact_priority *compact_priority,
3409                      int *compaction_retries)
3410 {
3411         struct zone *zone;
3412         struct zoneref *z;
3413
3414         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3415                 return false;
3416
3417         /*
3418          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3419          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3420          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3421          * watermarks are OK.
3422          */
3423         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3424                                         ac->nodemask) {
3425                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3426                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3427                         return true;
3428         }
3429         return false;
3430 }
3431 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3432
3433 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3434 static int
3435 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3436                                         const struct alloc_context *ac)
3437 {
3438         struct reclaim_state reclaim_state;
3439         int progress;
3440
3441         cond_resched();
3442
3443         /* We now go into synchronous reclaim */
3444         cpuset_memory_pressure_bump();
3445         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3446         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3447         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3448         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3449
3450         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3451                                                                 ac->nodemask);
3452
3453         current->reclaim_state = NULL;
3454         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3455         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3456
3457         cond_resched();
3458
3459         return progress;
3460 }
3461
3462 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3463 static inline struct page *
3464 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3465                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3466                 unsigned long *did_some_progress)
3467 {
3468         struct page *page = NULL;
3469         bool drained = false;
3470
3471         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3472         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3473                 return NULL;
3474
3475 retry:
3476         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3477
3478         /*
3479          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3480          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3481          * Shrink them them and try again
3482          */
3483         if (!page && !drained) {
3484                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3485                 drain_all_pages(NULL);
3486                 drained = true;
3487                 goto retry;
3488         }
3489
3490         return page;
3491 }
3492
3493 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3494 {
3495         struct zoneref *z;
3496         struct zone *zone;
3497         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3498
3499         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3500                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3501                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3502                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3503                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3504         }
3505 }
3506
3507 static inline unsigned int
3508 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3509 {
3510         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3511
3512         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3513         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3514
3515         /*
3516          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3517          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3518          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3519          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3520          */
3521         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3522
3523         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3524                 /*
3525                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3526                  * if it can't schedule.
3527                  */
3528                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3529                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3530                 /*
3531                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3532                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3533                  */
3534                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3535         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3536                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3537
3538 #ifdef CONFIG_CMA
3539         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3540                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3541 #endif
3542         return alloc_flags;
3543 }
3544
3545 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3546 {
3547         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3548                 return false;
3549
3550         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3551                 return true;
3552         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3553                 return true;
3554         if (!in_interrupt() &&
3555                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3556                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3557                 return true;
3558
3559         return false;
3560 }
3561
3562 /*
3563  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3564  * for the given allocation request.
3565  *
3566  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3567  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3568  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3569  *
3570  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3571  */
3572 static inline bool
3573 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3574                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3575                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3576 {
3577         struct zone *zone;
3578         struct zoneref *z;
3579
3580         /*
3581          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3582          * their order will become available due to high fragmentation so
3583          * always increment the no progress counter for them
3584          */
3585         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3586                 *no_progress_loops = 0;
3587         else
3588                 (*no_progress_loops)++;
3589
3590         /*
3591          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3592          * several times in the row.
3593          */
3594         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3595                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3596                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3597         }
3598
3599         /*
3600          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3601          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3602          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3603          * screwed and have to go OOM.
3604          */
3605         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3606                                         ac->nodemask) {
3607                 unsigned long available;
3608                 unsigned long reclaimable;
3609                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3610                 bool wmark;
3611
3612                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3613                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3614
3615                 /*
3616                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3617                  * reclaimable pages?
3618                  */
3619                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3620                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3621                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3622                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3623                 if (wmark) {
3624                         /*
3625                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3626                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3627                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3628                          * prevent from pre mature OOM
3629                          */
3630                         if (!did_some_progress) {
3631                                 unsigned long write_pending;
3632
3633                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3634                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3635
3636                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3637                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3638                                         return true;
3639                                 }
3640                         }
3641
3642                         /*
3643                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3644                          * context and the current implementation of the WQ
3645                          * concurrency control doesn't recognize that
3646                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3647                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3648                          * do a short sleep here rather than calling
3649                          * cond_resched().
3650                          */
3651                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3652                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3653                         else
3654                                 cond_resched();
3655
3656                         return true;
3657                 }
3658         }
3659
3660         return false;
3661 }
3662
3663 static inline struct page *
3664 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3665                                                 struct alloc_context *ac)
3666 {
3667         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3668         struct page *page = NULL;
3669         unsigned int alloc_flags;
3670         unsigned long did_some_progress;
3671         enum compact_priority compact_priority;
3672         enum compact_result compact_result;
3673         int compaction_retries;
3674         int no_progress_loops;
3675         unsigned long alloc_start = jiffies;
3676         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3677         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3678
3679         /*
3680          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3681          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3682          * be using allocators in order of preference for an area that is
3683          * too large.
3684          */
3685         if (order >= MAX_ORDER) {
3686                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3687                 return NULL;
3688         }
3689
3690         /*
3691          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3692          * callers that are not in atomic context.
3693          */
3694         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3695                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3696                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3697
3698 retry_cpuset:
3699         compaction_retries = 0;
3700         no_progress_loops = 0;
3701         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3702         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3703
3704         /*
3705          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3706          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3707          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3708          */
3709         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3710
3711         /*
3712          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3713          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3714          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3715          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3716          */
3717         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3718                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3719         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3720                 goto nopage;
3721
3722         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3723                 wake_all_kswapds(order, ac);
3724
3725         /*
3726          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3727          * that first
3728          */
3729         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3730         if (page)
3731                 goto got_pg;
3732
3733         /*
3734          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3735          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3736          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3737          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3738          */
3739         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3740                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3741                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3742                                                 alloc_flags, ac,
3743                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3744                                                 &compact_result);
3745                 if (page)
3746                         goto got_pg;
3747
3748                 /*
3749                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3750                  * includes THP page fault allocations
3751                  */
3752                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3753                         /*
3754                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3755                          * it is because sync compaction recently failed. If
3756                          * this is the case and the caller requested a THP
3757                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3758                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3759                          * direct reclaim.
3760                          */
3761                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3762                                 goto nopage;
3763
3764                         /*
3765                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3766                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3767                          * using async compaction.
3768                          */
3769                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3770                 }
3771         }
3772
3773 retry:
3774         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3775         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3776                 wake_all_kswapds(order, ac);
3777
3778         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3779                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3780
3781         /*
3782          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3783          * These allocations are high priority and system rather than user
3784          * orientated.
3785          */
3786         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3787                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3788                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3789                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3790         }
3791
3792         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3793         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3794         if (page)
3795                 goto got_pg;
3796
3797         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3798         if (!can_direct_reclaim)
3799                 goto nopage;
3800
3801         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3802         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3803                 warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, ac->nodemask,
3804                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3805                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3806                 stall_timeout += 10 * HZ;
3807         }
3808
3809         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3810         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3811                 goto nopage;
3812
3813         /* Try direct reclaim and then allocating */
3814         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3815                                                         &did_some_progress);
3816         if (page)
3817                 goto got_pg;
3818
3819         /* Try direct compaction and then allocating */
3820         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3821                                         compact_priority, &compact_result);
3822         if (page)
3823                 goto got_pg;
3824
3825         /* Do not loop if specifically requested */
3826         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3827                 goto nopage;
3828
3829         /*
3830          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3831          * __GFP_REPEAT
3832          */
3833         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3834                 goto nopage;
3835
3836         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3837                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3838                 goto retry;
3839
3840         /*
3841          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3842          * reclaim is not able to make any progress because the current
3843          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3844          * of free memory (see __compaction_suitable)
3845          */
3846         if (did_some_progress > 0 &&
3847                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3848                                 compact_result, &compact_priority,
3849                                 &compaction_retries))
3850                 goto retry;
3851
3852         /*
3853          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3854          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3855          */
3856         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3857                 goto retry_cpuset;
3858
3859         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3860         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3861         if (page)
3862                 goto got_pg;
3863
3864         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3865         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3866                 goto nopage;
3867
3868         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3869         if (did_some_progress) {
3870                 no_progress_loops = 0;
3871                 goto retry;
3872         }
3873
3874 nopage:
3875         /*
3876          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3877          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3878          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3879          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3880          * retry.
3881          */
3882         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3883                 goto retry_cpuset;
3884
3885         /*
3886          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
3887          * we always retry
3888          */
3889         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3890                 /*
3891                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3892                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
3893                  */
3894                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
3895                         goto fail;
3896
3897                 /*
3898                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
3899                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3900                  * for somebody to do a work for us
3901                  */
3902                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
3903
3904                 /*
3905                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
3906                  * are not prepared for much so let's warn about these users
3907                  * so that we can identify them and convert them to something
3908                  * else.
3909                  */
3910                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3911
3912                 /*
3913                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3914                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
3915                  * could deplete whole memory reserves which would just make
3916                  * the situation worse
3917                  */
3918                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
3919                 if (page)
3920                         goto got_pg;
3921
3922                 cond_resched();
3923                 goto retry;
3924         }
3925 fail:
3926         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3927                         "page allocation failure: order:%u", order);
3928 got_pg:
3929         return page;
3930 }
3931
3932 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3933                 struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask,
3934                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
3935                 unsigned int *alloc_flags)
3936 {
3937         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
3938         ac->zonelist = zonelist;
3939         ac->nodemask = nodemask;
3940         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
3941
3942         if (cpusets_enabled()) {
3943                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3944                 if (!ac->nodemask)
3945                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3946                 else
3947                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3948         }
3949
3950         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3951
3952         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3953
3954         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3955                 return false;
3956
3957         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3958                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3959
3960         return true;
3961 }
3962
3963 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
3964 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask,
3965                 unsigned int order, struct alloc_context *ac)
3966 {
3967         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3968         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3969
3970         /*
3971          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3972          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3973          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3974          */
3975         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3976                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3977 }
3978
3979 /*
3980  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3981  */
3982 struct page *
3983 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3984                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3985 {
3986         struct page *page;
3987         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3988         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3989         struct alloc_context ac = { };
3990
3991         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3992         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, zonelist, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
3993                 return NULL;
3994
3995         finalise_ac(gfp_mask, order, &ac);
3996
3997         /* First allocation attempt */
3998         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3999         if (likely(page))
4000                 goto out;
4001
4002         /*
4003          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4004          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4005          * from a particular context which has been marked by
4006          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4007          */
4008         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4009         ac.spread_dirty_pages = false;
4010
4011         /*
4012          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4013          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4014          */
4015         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4016                 ac.nodemask = nodemask;
4017
4018         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4019
4020 out:
4021         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4022             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4023                 __free_pages(page, order);
4024                 page = NULL;
4025         }
4026
4027         if (kmemcheck_enabled && page)
4028                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
4029
4030         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4031
4032         return page;
4033 }
4034 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4035
4036 /*
4037  * Common helper functions.
4038  */
4039 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4040 {
4041         struct page *page;
4042
4043         /*
4044          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
4045          * a highmem page
4046          */
4047         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4048
4049         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4050         if (!page)
4051                 return 0;
4052         return (unsigned long) page_address(page);
4053 }
4054 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4055
4056 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4057 {
4058         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4059 }
4060 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4061
4062 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4063 {
4064         if (put_page_testzero(page)) {
4065                 if (order == 0)
4066                         free_hot_cold_page(page, false);
4067                 else
4068                         __free_pages_ok(page, order);
4069         }
4070 }
4071
4072 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4073
4074 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4075 {
4076         if (addr != 0) {
4077                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4078                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4079         }
4080 }
4081
4082 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4083
4084 /*
4085  * Page Fragment:
4086  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4087  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4088  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4089  *
4090  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4091  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4092  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4093  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4094  */
4095 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4096                                              gfp_t gfp_mask)
4097 {
4098         struct page *page = NULL;
4099         gfp_t gfp = gfp_mask;
4100
4101 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4102         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4103                     __GFP_NOMEMALLOC;
4104         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4105                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4106         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4107 #endif
4108         if (unlikely(!page))
4109                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4110
4111         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4112
4113         return page;
4114 }
4115
4116 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4117 {
4118         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4119
4120         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4121                 unsigned int order = compound_order(page);
4122
4123                 if (order == 0)
4124                         free_hot_cold_page(page, false);
4125                 else
4126                         __free_pages_ok(page, order);
4127         }
4128 }
4129 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4130
4131 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4132                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4133 {
4134         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4135         struct page *page;
4136         int offset;
4137
4138         if (unlikely(!nc->va)) {
4139 refill:
4140                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4141                 if (!page)
4142                         return NULL;
4143
4144 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4145                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4146                 size = nc->size;
4147 #endif
4148                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4149                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4150                  */
4151                 page_ref_add(page, size - 1);
4152
4153                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4154                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4155                 nc->pagecnt_bias = size;
4156                 nc->offset = size;
4157         }
4158
4159         offset = nc->offset - fragsz;
4160         if (unlikely(offset < 0)) {
4161                 page = virt_to_page(nc->va);
4162
4163                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4164                         goto refill;
4165
4166 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4167                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4168                 size = nc->size;
4169 #endif
4170                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4171                 set_page_count(page, size);
4172
4173                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4174                 nc->pagecnt_bias = size;
4175                 offset = size - fragsz;
4176         }
4177
4178         nc->pagecnt_bias--;
4179         nc->offset = offset;
4180
4181         return nc->va + offset;
4182 }
4183 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4184
4185 /*
4186  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4187  */
4188 void page_frag_free(void *addr)
4189 {
4190         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4191
4192         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4193                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4194 }
4195 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4196
4197 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4198                 size_t size)
4199 {
4200         if (addr) {
4201                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4202                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4203
4204                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4205                 while (used < alloc_end) {
4206                         free_page(used);
4207                         used += PAGE_SIZE;
4208                 }
4209         }
4210         return (void *)addr;
4211 }
4212
4213 /**
4214  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4215  * @size: the number of bytes to allocate
4216  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4217  *
4218  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4219  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4220  * allocate memory in power-of-two pages.
4221  *
4222  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4223  *
4224  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4225  */
4226 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4227 {
4228         unsigned int order = get_order(size);
4229         unsigned long addr;
4230
4231         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4232         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4233 }
4234 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4235
4236 /**
4237  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4238  *                         pages on a node.
4239  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4240  * @size: the number of bytes to allocate
4241  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4242  *
4243  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4244  * back.
4245  */
4246 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4247 {
4248         unsigned int order = get_order(size);
4249         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4250         if (!p)
4251                 return NULL;
4252         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4253 }
4254
4255 /**
4256  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4257  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4258  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4259  *
4260  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4261  */
4262 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4263 {
4264         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4265         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4266
4267         while (addr < end) {
4268                 free_page(addr);
4269                 addr += PAGE_SIZE;
4270         }
4271 }
4272 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4273
4274 /**
4275  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4276  * @offset: The zone index of the highest zone
4277  *
4278  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4279  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4280  * zone, the number of pages is calculated as:
4281  *
4282  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4283  */
4284 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4285 {
4286         struct zoneref *z;
4287         struct zone *zone;
4288
4289         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4290         unsigned long sum = 0;
4291
4292         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4293
4294         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4295                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4296                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4297                 if (size > high)
4298                         sum += size - high;
4299         }
4300
4301         return sum;
4302 }
4303
4304 /**
4305  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4306  *
4307  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4308  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4309  */
4310 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4311 {
4312         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4313 }
4314 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4315
4316 /**
4317  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4318  *
4319  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4320  * high watermark within all zones.
4321  */
4322 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4323 {
4324         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4325 }
4326
4327 static inline void show_node(struct zone *zone)
4328 {
4329         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4330                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4331 }
4332
4333 long si_mem_available(void)
4334 {
4335         long available;
4336         unsigned long pagecache;
4337         unsigned long wmark_low = 0;
4338         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4339         struct zone *zone;
4340         int lru;
4341
4342         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4343                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4344
4345         for_each_zone(zone)
4346                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4347
4348         /*
4349          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4350          * without causing swapping.
4351          */
4352         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4353
4354         /*
4355          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4356          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4357          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4358          */
4359         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4360         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4361         available += pagecache;
4362
4363         /*
4364          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4365          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4366          */
4367         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4368                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4369
4370         if (available < 0)
4371                 available = 0;
4372         return available;
4373 }
4374 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4375
4376 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4377 {
4378         val->totalram = totalram_pages;
4379         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4380         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4381         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4382         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4383         val->freehigh = nr_free_highpages();
4384         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4385 }
4386
4387 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4388
4389 #ifdef CONFIG_NUMA
4390 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4391 {
4392         int zone_type;          /* needs to be signed */
4393         unsigned long managed_pages = 0;
4394         unsigned long managed_highpages = 0;
4395         unsigned long free_highpages = 0;
4396         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4397
4398         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4399                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4400         val->totalram = managed_pages;
4401         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4402         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4403 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4404         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4405                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4406
4407                 if (is_highmem(zone)) {
4408                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4409                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4410                 }
4411         }
4412         val->totalhigh = managed_highpages;
4413         val->freehigh = free_highpages;
4414 #else
4415         val->totalhigh = managed_highpages;
4416         val->freehigh = free_highpages;
4417 #endif
4418         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4419 }
4420 #endif
4421
4422 /*
4423  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4424  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4425  */
4426 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4427 {
4428         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4429                 return false;
4430
4431         /*
4432          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4433          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4434          * have to be precise here.
4435          */
4436         if (!nodemask)
4437                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4438
4439         return !node_isset(nid, *nodemask);
4440 }
4441
4442 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4443
4444 static void show_migration_types(unsigned char type)
4445 {
4446         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4447                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4448                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4449                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4450                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4451 #ifdef CONFIG_CMA
4452                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4453 #endif
4454 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4455                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4456 #endif
4457         };
4458         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4459         char *p = tmp;
4460         int i;
4461
4462         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4463                 if (type & (1 << i))
4464                         *p++ = types[i];
4465         }
4466
4467         *p = '\0';
4468         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4469 }
4470
4471 /*
4472  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4473  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4474  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4475  *
4476  * Bits in @filter:
4477  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4478  *   cpuset.
4479  */
4480 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4481 {
4482         unsigned long free_pcp = 0;
4483         int cpu;
4484         struct zone *zone;
4485         pg_data_t *pgdat;
4486
4487         for_each_populated_zone(zone) {
4488                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4489                         continue;
4490
4491                 for_each_online_cpu(cpu)
4492                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4493         }
4494
4495         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4496                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4497                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4498                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4499                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4500                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4501                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4502                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4503                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4504                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4505                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4506                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4507                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4508                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4509                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4510                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4511                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4512                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4513                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4514                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4515                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4516                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4517                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4518                 free_pcp,
4519                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4520
4521         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4522                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4523                         continue;
4524
4525                 printk("Node %d"
4526                         " active_anon:%lukB"
4527                         " inactive_anon:%lukB"
4528                         " active_file:%lukB"
4529                         " inactive_file:%lukB"
4530                         " unevictable:%lukB"
4531                         " isolated(anon):%lukB"
4532                         " isolated(file):%lukB"
4533                         " mapped:%lukB"
4534                         " dirty:%lukB"
4535                         " writeback:%lukB"
4536                         " shmem:%lukB"
4537 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4538                         " shmem_thp: %lukB"
4539                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4540                         " anon_thp: %lukB"
4541 #endif
4542                         " writeback_tmp:%lukB"
4543                         " unstable:%lukB"
4544                         " all_unreclaimable? %s"
4545                         "\n",
4546                         pgdat->node_id,
4547                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4548                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4549                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4550                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4551                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4552                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4553                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4554                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4555                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4556                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4557                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4558 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4559                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4560                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4561                                         * HPAGE_PMD_NR),
4562                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4563 #endif
4564                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4565                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4566                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4567                                 "yes" : "no");
4568         }
4569
4570         for_each_populated_zone(zone) {
4571                 int i;
4572
4573                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4574                         continue;
4575
4576                 free_pcp = 0;
4577                 for_each_online_cpu(cpu)
4578                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4579
4580                 show_node(zone);
4581                 printk(KERN_CONT
4582                         "%s"
4583                         " free:%lukB"
4584                         " min:%lukB"
4585                         " low:%lukB"
4586                         " high:%lukB"
4587                         " active_anon:%lukB"
4588                         " inactive_anon:%lukB"
4589                         " active_file:%lukB"
4590                         " inactive_file:%lukB"
4591                         " unevictable:%lukB"
4592                         " writepending:%lukB"
4593                         " present:%lukB"
4594                         " managed:%lukB"
4595                         " mlocked:%lukB"
4596                         " slab_reclaimable:%lukB"
4597                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4598                         " kernel_stack:%lukB"
4599                         " pagetables:%lukB"
4600                         " bounce:%lukB"
4601                         " free_pcp:%lukB"
4602                         " local_pcp:%ukB"
4603                         " free_cma:%lukB"
4604                         "\n",
4605                         zone->name,
4606                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4607                         K(min_wmark_pages(zone)),
4608                         K(low_wmark_pages(zone)),
4609                         K(high_wmark_pages(zone)),
4610                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4611                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4612                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4613                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4614                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4615                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4616                         K(zone->present_pages),
4617                         K(zone->managed_pages),
4618                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4619                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4620                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4621                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4622                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4623                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4624                         K(free_pcp),
4625                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4626                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4627                 printk("lowmem_reserve[]:");
4628                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4629                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4630                 printk(KERN_CONT "\n");
4631         }
4632
4633         for_each_populated_zone(zone) {
4634                 unsigned int order;
4635                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4636                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4637
4638                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4639                         continue;
4640                 show_node(zone);
4641                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4642
4643                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4644                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4645                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4646                         int type;
4647
4648                         nr[order] = area->nr_free;
4649                         total += nr[order] << order;
4650
4651                         types[order] = 0;
4652                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4653                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4654                                         types[order] |= 1 << type;
4655                         }
4656                 }
4657                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4658                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4659                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4660                                nr[order], K(1UL) << order);
4661                         if (nr[order])
4662                                 show_migration_types(types[order]);
4663                 }
4664                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4665         }
4666
4667         hugetlb_show_meminfo();
4668
4669         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4670
4671         show_swap_cache_info();
4672 }
4673
4674 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4675 {
4676         zoneref->zone = zone;
4677         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4678 }
4679
4680 /*
4681  * Builds allocation fallback zone lists.
4682  *
4683  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4684  */
4685 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4686                                 int nr_zones)
4687 {
4688         struct zone *zone;
4689         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4690
4691         do {
4692                 zone_type--;
4693                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4694                 if (managed_zone(zone)) {
4695                         zoneref_set_zone(zone,
4696                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4697                         check_highest_zone(zone_type);
4698                 }
4699         } while (zone_type);
4700
4701         return nr_zones;
4702 }
4703
4704
4705 /*
4706  *  zonelist_order:
4707  *  0 = automatic detection of better ordering.
4708  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4709  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4710  *
4711  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4712  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4713  */
4714 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4715 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4716 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4717
4718 /* zonelist order in the kernel.
4719  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4720  */
4721 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4722 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4723
4724
4725 #ifdef CONFIG_NUMA
4726 /* The value user specified ....changed by config */
4727 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4728 /* string for sysctl */
4729 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4730 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4731
4732 /*
4733  * interface for configure zonelist ordering.
4734  * command line option "numa_zonelist_order"
4735  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4736  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4737  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4738  */
4739
4740 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4741 {
4742         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4743                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4744         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4745                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4746         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4747                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4748         } else {
4749                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4750                 return -EINVAL;
4751         }
4752         return 0;
4753 }
4754
4755 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4756 {
4757         int ret;
4758
4759         if (!s)
4760                 return 0;
4761
4762         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4763         if (ret == 0)
4764                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4765
4766         return ret;
4767 }
4768 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4769
4770 /*
4771  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4772  */
4773 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4774                 void __user *buffer, size_t *length,
4775                 loff_t *ppos)
4776 {
4777         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4778         int ret;
4779         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4780
4781         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4782         if (write) {
4783                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4784                         ret = -EINVAL;
4785                         goto out;
4786                 }
4787                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4788         }
4789         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4790         if (ret)
4791                 goto out;
4792         if (write) {
4793                 int oldval = user_zonelist_order;
4794
4795                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4796                 if (ret) {
4797                         /*
4798                          * bogus value.  restore saved string
4799                          */
4800                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4801                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4802                         user_zonelist_order = oldval;
4803                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4804                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4805                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4806                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4807                 }
4808         }
4809 out:
4810         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4811         return ret;
4812 }
4813
4814
4815 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4816 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4817
4818 /**
4819  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4820  * @node: node whose fallback list we're appending
4821  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4822  *
4823  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4824  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4825  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4826  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4827  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4828  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4829  * on them otherwise.
4830  * It returns -1 if no node is found.
4831  */
4832 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4833 {
4834         int n, val;
4835         int min_val = INT_MAX;
4836         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4837         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4838
4839         /* Use the local node if we haven't already */
4840         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4841                 node_set(node, *used_node_mask);
4842                 return node;
4843         }
4844
4845         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4846
4847                 /* Don't want a node to appear more than once */
4848                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4849                         continue;
4850
4851                 /* Use the distance array to find the distance */
4852                 val = node_distance(node, n);
4853
4854                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4855                 val += (n < node);
4856
4857                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4858                 tmp = cpumask_of_node(n);
4859                 if (!cpumask_empty(tmp))
4860                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4861
4862                 /* Slight preference for less loaded node */
4863                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4864                 val += node_load[n];
4865
4866                 if (val < min_val) {
4867                         min_val = val;
4868                         best_node = n;
4869                 }
4870         }
4871
4872         if (best_node >= 0)
4873                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4874
4875         return best_node;
4876 }
4877
4878
4879 /*
4880  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4881  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4882  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4883  */
4884 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4885 {
4886         int j;
4887         struct zonelist *zonelist;
4888
4889         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4890         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4891                 ;
4892         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4893         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4894         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4895 }
4896
4897 /*
4898  * Build gfp_thisnode zonelists
4899  */
4900 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4901 {
4902         int j;
4903         struct zonelist *zonelist;
4904
4905         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4906         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4907         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4908         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4909 }
4910
4911 /*
4912  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4913  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4914  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4915  * may still exist in local DMA zone.
4916  */
4917 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4918
4919 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4920 {
4921         int pos, j, node;
4922         int zone_type;          /* needs to be signed */
4923         struct zone *z;
4924         struct zonelist *zonelist;
4925
4926         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4927         pos = 0;
4928         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4929                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4930                         node = node_order[j];
4931                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4932                         if (managed_zone(z)) {
4933                                 zoneref_set_zone(z,
4934                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4935                                 check_highest_zone(zone_type);
4936                         }
4937                 }
4938         }
4939         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4940         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4941 }
4942
4943 #if defined(CONFIG_64BIT)
4944 /*
4945  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4946  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4947  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4948  */
4949 static int default_zonelist_order(void)
4950 {
4951         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4952 }
4953 #else
4954 /*
4955  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4956  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4957  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4958  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4959  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4960  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4961  */
4962 static int default_zonelist_order(void)
4963 {
4964         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4965 }
4966 #endif /* CONFIG_64BIT */
4967
4968 static void set_zonelist_order(void)
4969 {
4970         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4971                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4972         else
4973                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4974 }
4975
4976 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4977 {
4978         int i, node, load;
4979         nodemask_t used_mask;
4980         int local_node, prev_node;
4981         struct zonelist *zonelist;
4982         unsigned int order = current_zonelist_order;
4983
4984         /* initialize zonelists */
4985         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4986                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4987                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4988                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4989         }
4990
4991         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4992         local_node = pgdat->node_id;
4993         load = nr_online_nodes;
4994         prev_node = local_node;
4995         nodes_clear(used_mask);
4996
4997         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4998         i = 0;
4999
5000         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5001                 /*
5002                  * We don't want to pressure a particular node.
5003                  * So adding penalty to the first node in same
5004                  * distance group to make it round-robin.
5005                  */
5006                 if (node_distance(local_node, node) !=
5007                     node_distance(local_node, prev_node))
5008                         node_load[node] = load;
5009
5010                 prev_node = node;
5011                 load--;
5012                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
5013                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
5014                 else
5015                         node_order[i++] = node; /* remember order */
5016         }
5017
5018         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
5019                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
5020                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
5021         }
5022
5023         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5024 }
5025
5026 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5027 /*
5028  * Return node id of node used for "local" allocations.
5029  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5030  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5031  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5032  */
5033 int local_memory_node(int node)
5034 {
5035         struct zoneref *z;
5036
5037         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5038                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5039                                    NULL);
5040         return z->zone->node;
5041 }
5042 #endif
5043
5044 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5045 static void setup_min_slab_ratio(void);
5046 #else   /* CONFIG_NUMA */
5047
5048 static void set_zonelist_order(void)
5049 {
5050         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
5051 }
5052
5053 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5054 {
5055         int node, local_node;
5056         enum zone_type j;
5057         struct zonelist *zonelist;
5058
5059         local_node = pgdat->node_id;
5060
5061         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
5062         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
5063
5064         /*
5065          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5066          * of all the other nodes.
5067          * We don't want to pressure a particular node, so when
5068          * building the zones for node N, we make sure that the
5069          * zones coming right after the local ones are those from
5070          * node N+1 (modulo N)
5071          */
5072         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5073                 if (!node_online(node))
5074                         continue;
5075                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5076         }
5077         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5078                 if (!node_online(node))
5079                         continue;
5080                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
5081         }
5082
5083         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
5084         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
5085 }
5086
5087 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5088
5089 /*
5090  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5091  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5092  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5093  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5094  * with interrupts disabled.
5095  *
5096  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5097  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5098  * hotplugged processors.
5099  *
5100  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5101  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5102  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5103  */
5104 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5105 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5106 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
5107
5108 /*
5109  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
5110  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
5111  */
5112 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
5113
5114 /* return values int ....just for stop_machine() */
5115 static int __build_all_zonelists(void *data)
5116 {
5117         int nid;
5118         int cpu;
5119         pg_data_t *self = data;
5120
5121 #ifdef CONFIG_NUMA
5122         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5123 #endif
5124
5125         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5126                 build_zonelists(self);
5127         }
5128
5129         for_each_online_node(nid) {
5130                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5131
5132                 build_zonelists(pgdat);
5133         }
5134
5135         /*
5136          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5137          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5138          * each zone will be allocated later when the per cpu
5139          * allocator is available.
5140          *
5141          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5142          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5143          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5144          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5145          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5146          * (a chicken-egg dilemma).
5147          */
5148         for_each_possible_cpu(cpu) {
5149                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5150
5151 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5152                 /*
5153                  * We now know the "local memory node" for each node--
5154                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5155                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5156                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5157                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5158                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5159                  */
5160                 if (cpu_online(cpu))
5161                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5162 #endif
5163         }
5164
5165         return 0;
5166 }
5167
5168 static noinline void __init
5169 build_all_zonelists_init(void)
5170 {
5171         __build_all_zonelists(NULL);
5172         mminit_verify_zonelist();
5173         cpuset_init_current_mems_allowed();
5174 }
5175
5176 /*
5177  * Called with zonelists_mutex held always
5178  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5179  *
5180  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5181  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5182  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5183  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5184  */
5185 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5186 {
5187         set_zonelist_order();
5188
5189         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5190                 build_all_zonelists_init();
5191         } else {
5192 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5193                 if (zone)
5194                         setup_zone_pageset(zone);
5195 #endif
5196                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5197                    of zonelist */
5198                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5199                 /* cpuset refresh routine should be here */
5200         }
5201         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5202         /*
5203          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5204          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5205          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5206          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5207          * disabled and enable it later
5208          */
5209         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5210                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5211         else
5212                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5213
5214         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5215                 nr_online_nodes,
5216                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5217                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5218                 vm_total_pages);
5219 #ifdef CONFIG_NUMA
5220         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5221 #endif
5222 }
5223
5224 /*
5225  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5226  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5227  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5228  */
5229 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5230                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5231 {
5232         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5233         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5234         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5235         unsigned long pfn;
5236         unsigned long nr_initialised = 0;
5237 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5238         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5239 #endif
5240
5241         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5242                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5243
5244         /*
5245          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5246          * memory
5247          */
5248         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5249                 start_pfn += altmap->reserve;
5250
5251         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5252                 /*
5253                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5254                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5255                  */
5256                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5257                         goto not_early;
5258
5259                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5260 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5261                         /*
5262                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5263                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5264                          * on our next iteration of the loop.
5265                          */
5266                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5267 #endif
5268                         continue;
5269                 }
5270                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5271                         continue;
5272                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5273                         break;
5274
5275 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5276                 /*
5277                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5278                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5279                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5280                  */
5281                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5282                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5283                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5284                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5285                                                 break;
5286                                 r = tmp;
5287                         }
5288                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5289                             memblock_is_mirror(r)) {
5290                                 /* already initialized as NORMAL */
5291                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5292                                 continue;
5293                         }
5294                 }
5295 #endif
5296
5297 not_early:
5298                 /*
5299                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5300                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5301                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5302                  * the address space during boot when many long-lived
5303                  * kernel allocations are made.
5304                  *
5305                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5306                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5307                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5308                  * pfn out of zone.
5309                  */
5310                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5311                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5312
5313                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5314                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5315                 } else {
5316                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5317                 }
5318         }
5319 }
5320
5321 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5322 {
5323         unsigned int order, t;
5324         for_each_migratetype_order(order, t) {
5325                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5326                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5327         }
5328 }
5329
5330 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5331 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5332         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5333 #endif
5334
5335 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5336 {
5337 #ifdef CONFIG_MMU
5338         int batch;
5339
5340         /*
5341          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5342          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5343          *
5344          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5345          */
5346         batch = zone->managed_pages / 1024;
5347         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5348                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5349         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5350         if (batch < 1)
5351                 batch = 1;
5352
5353         /*
5354          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5355          * of 2 value was found to be more likely to have
5356          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5357          *
5358          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5359          * batches of pages, one task can end up with a lot
5360          * of pages of one half of the possible page colors
5361          * and the other with pages of the other colors.
5362          */
5363         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5364
5365         return batch;
5366
5367 #else
5368         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5369          * conditions.
5370          *
5371          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5372          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5373          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5374          *
5375          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5376          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5377          * can be a significant delay between the individual batches being
5378          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5379          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5380          */
5381         return 0;
5382 #endif
5383 }
5384
5385 /*
5386  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5387  * ->batch must never be higher then ->high.
5388  * The following function updates them in a safe manner without read side
5389  * locking.
5390  *
5391  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5392  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5393  *
5394  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5395  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5396  * exist).
5397  */
5398 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5399                 unsigned long batch)
5400 {
5401        /* start with a fail safe value for batch */
5402         pcp->batch = 1;
5403         smp_wmb();
5404
5405        /* Update high, then batch, in order */
5406         pcp->high = high;
5407         smp_wmb();
5408
5409         pcp->batch = batch;
5410 }
5411
5412 /* a companion to pageset_set_high() */
5413 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5414 {
5415         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5416 }
5417
5418 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5419 {
5420         struct per_cpu_pages *pcp;
5421         int migratetype;
5422
5423         memset(p, 0, sizeof(*p));
5424
5425         pcp = &p->pcp;
5426         pcp->count = 0;
5427         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5428                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5429 }
5430
5431 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5432 {
5433         pageset_init(p);
5434         pageset_set_batch(p, batch);
5435 }
5436
5437 /*
5438  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5439  * to the value high for the pageset p.
5440  */
5441 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5442                                 unsigned long high)
5443 {
5444         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5445         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5446                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5447
5448         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5449 }
5450
5451 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5452                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5453 {
5454         if (percpu_pagelist_fraction)
5455                 pageset_set_high(pcp,
5456                         (zone->managed_pages /
5457                                 percpu_pagelist_fraction));
5458         else
5459                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5460 }
5461
5462 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5463 {
5464         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5465
5466         pageset_init(pcp);
5467         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5468 }
5469
5470 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5471 {
5472         int cpu;
5473         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5474         for_each_possible_cpu(cpu)
5475                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5476 }
5477
5478 /*
5479  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5480  * Before this call only boot pagesets were available.
5481  */
5482 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5483 {
5484         struct pglist_data *pgdat;
5485         struct zone *zone;
5486
5487         for_each_populated_zone(zone)
5488                 setup_zone_pageset(zone);
5489
5490         for_each_online_pgdat(pgdat)
5491                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5492                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5493 }
5494
5495 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5496 {
5497         /*
5498          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5499          * relies on the ability of the linker to provide the
5500          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5501          */
5502         zone->pageset = &boot_pageset;
5503
5504         if (populated_zone(zone))
5505                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5506                         zone->name, zone->present_pages,
5507                                          zone_batchsize(zone));
5508 }
5509
5510 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5511                                         unsigned long zone_start_pfn,
5512                                         unsigned long size)
5513 {
5514         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5515
5516         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5517
5518         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5519
5520         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5521                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5522                         pgdat->node_id,
5523                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5524                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5525
5526         zone_init_free_lists(zone);
5527         zone->initialized = 1;
5528
5529         return 0;
5530 }
5531
5532 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5533 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5534
5535 /*
5536  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5537  */
5538 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5539                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5540 {
5541         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5542         int nid;
5543
5544         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5545                 return state->last_nid;
5546
5547         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5548         if (nid != -1) {
5549                 state->last_start = start_pfn;
5550                 state->last_end = end_pfn;
5551                 state->last_nid = nid;
5552         }
5553
5554         return nid;
5555 }
5556 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5557
5558 /**
5559  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5560  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5561  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5562  *
5563  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5564  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5565  * memblock_free_early_nid() manually.
5566  */
5567 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5568 {
5569         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5570         int i, this_nid;
5571
5572         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5573                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5574                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5575
5576                 if (start_pfn < end_pfn)
5577                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5578                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5579                                         this_nid);
5580         }
5581 }
5582
5583 /**
5584  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5585  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5586  *
5587  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5588  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5589  */
5590 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5591 {
5592         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5593         int i, this_nid;
5594
5595         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5596                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5597 }
5598
5599 /**
5600  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5601  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5602  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5603  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5604  *
5605  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5606  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5607  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5608  * PFNs will be 0.
5609  */
5610 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5611                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5612 {
5613         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5614         int i;
5615
5616         *start_pfn = -1UL;
5617         *end_pfn = 0;
5618
5619         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5620                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5621                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5622         }
5623
5624         if (*start_pfn == -1UL)
5625                 *start_pfn = 0;
5626 }
5627
5628 /*
5629  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5630  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5631  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5632  */
5633 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5634 {
5635         int zone_index;
5636         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5637                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5638                         continue;
5639
5640                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5641                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5642                         break;
5643         }
5644
5645         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5646         movable_zone = zone_index;
5647 }
5648
5649 /*
5650  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5651  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5652  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5653  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5654  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5655  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5656  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5657  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5658  */
5659 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5660                                         unsigned long zone_type,
5661                                         unsigned long node_start_pfn,
5662                                         unsigned long node_end_pfn,
5663                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5664                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5665 {
5666         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5667         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5668                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5669                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5670                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5671                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5672                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5673
5674                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5675                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5676                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5677                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5678                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5679
5680                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5681                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5682                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5683         }
5684 }
5685
5686 /*
5687  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5688  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5689  */
5690 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5691                                         unsigned long zone_type,
5692                                         unsigned long node_start_pfn,
5693                                         unsigned long node_end_pfn,
5694                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5695                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5696                                         unsigned long *ignored)
5697 {
5698         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5699         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5700                 return 0;
5701
5702         /* Get the start and end of the zone */
5703         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5704         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5705         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5706                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5707                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5708
5709         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5710         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5711                 return 0;
5712
5713         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5714         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5715         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5716
5717         /* Return the spanned pages */
5718         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5719 }
5720
5721 /*
5722  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5723  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5724  */
5725 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5726                                 unsigned long range_start_pfn,
5727                                 unsigned long range_end_pfn)
5728 {
5729         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5730         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5731         int i;
5732
5733         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5734                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5735                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5736                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5737         }
5738         return nr_absent;
5739 }
5740
5741 /**
5742  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5743  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5744  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5745  *
5746  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5747  */
5748 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5749                                                         unsigned long end_pfn)
5750 {
5751         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5752 }
5753
5754 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5755 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5756                                         unsigned long zone_type,
5757                                         unsigned long node_start_pfn,
5758                                         unsigned long node_end_pfn,
5759                                         unsigned long *ignored)
5760 {
5761         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5762         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5763         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5764         unsigned long nr_absent;
5765
5766         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5767         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5768                 return 0;
5769
5770         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5771         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5772
5773         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5774                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5775                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5776         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5777
5778         /*
5779          * ZONE_MOVABLE handling.
5780          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5781          * and vice versa.
5782          */
5783         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5784                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5785                 struct memblock_region *r;
5786
5787                 for_each_memblock(memory, r) {
5788                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5789                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5790                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5791                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5792
5793                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5794                             memblock_is_mirror(r))
5795                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5796
5797                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5798                             !memblock_is_mirror(r))
5799                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5800                 }
5801         }
5802
5803         return nr_absent;
5804 }
5805
5806 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5807 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5808                                         unsigned long zone_type,
5809                                         unsigned long node_start_pfn,
5810                                         unsigned long node_end_pfn,
5811                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5812                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5813                                         unsigned long *zones_size)
5814 {
5815         unsigned int zone;
5816
5817         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5818         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5819                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5820
5821         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5822
5823         return zones_size[zone_type];
5824 }
5825
5826 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5827                                                 unsigned long zone_type,
5828                                                 unsigned long node_start_pfn,
5829                                                 unsigned long node_end_pfn,
5830                                                 unsigned long *zholes_size)
5831 {
5832         if (!zholes_size)
5833                 return 0;
5834
5835         return zholes_size[zone_type];
5836 }
5837
5838 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5839
5840 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5841                                                 unsigned long node_start_pfn,
5842                                                 unsigned long node_end_pfn,
5843                                                 unsigned long *zones_size,
5844                                                 unsigned long *zholes_size)
5845 {
5846         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5847         enum zone_type i;
5848
5849         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5850                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5851                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5852                 unsigned long size, real_size;
5853
5854                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5855                                                   node_start_pfn,
5856                                                   node_end_pfn,
5857                                                   &zone_start_pfn,
5858                                                   &zone_end_pfn,
5859                                                   zones_size);
5860                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5861                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5862                                                   zholes_size);
5863                 if (size)
5864                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5865                 else
5866                         zone->zone_start_pfn = 0;
5867                 zone->spanned_pages = size;
5868                 zone->present_pages = real_size;
5869
5870                 totalpages += size;
5871                 realtotalpages += real_size;
5872         }
5873
5874         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5875         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5876         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5877                                                         realtotalpages);
5878 }
5879
5880 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5881 /*
5882  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5883  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5884  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5885  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5886  * bytes.
5887  */
5888 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5889 {
5890         unsigned long usemapsize;
5891
5892         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5893         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5894         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5895         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5896         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5897
5898         return usemapsize / 8;
5899 }
5900
5901 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5902                                 struct zone *zone,
5903                                 unsigned long zone_start_pfn,
5904                                 unsigned long zonesize)
5905 {
5906         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5907         zone->pageblock_flags = NULL;
5908         if (usemapsize)
5909                 zone->pageblock_flags =
5910                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5911                                                          pgdat->node_id);
5912 }
5913 #else
5914 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5915                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5916 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5917
5918 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5919
5920 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5921 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5922 {
5923         unsigned int order;
5924
5925         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5926         if (pageblock_order)
5927                 return;
5928
5929         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5930                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5931         else
5932                 order = MAX_ORDER - 1;
5933
5934         /*
5935          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5936          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5937          * powerpc.
5938          */
5939         pageblock_order = order;
5940 }
5941 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5942
5943 /*
5944  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5945  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5946  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5947  * the kernel config
5948  */
5949 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5950 {
5951 }
5952
5953 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5954
5955 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5956                                                    unsigned long present_pages)
5957 {
5958         unsigned long pages = spanned_pages;
5959
5960         /*
5961          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5962          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5963          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5964          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5965          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
5966          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5967          */
5968         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5969             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5970                 pages = present_pages;
5971
5972         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5973 }
5974
5975 /*
5976  * Set up the zone data structures:
5977  *   - mark all pages reserved
5978  *   - mark all memory queues empty
5979  *   - clear the memory bitmaps
5980  *
5981  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5982  */
5983 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5984 {
5985         enum zone_type j;
5986         int nid = pgdat->node_id;
5987         int ret;
5988
5989         pgdat_resize_init(pgdat);
5990 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5991         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5992         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5993         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5994 #endif
5995 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5996         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5997         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5998         pgdat->split_queue_len = 0;
5999 #endif
6000         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6001         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6002 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6003         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6004 #endif
6005         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6006         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6007         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6008
6009         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6010                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6011                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
6012                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6013
6014                 size = zone->spanned_pages;
6015                 realsize = freesize = zone->present_pages;
6016
6017                 /*
6018                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6019                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6020                  * and per-cpu initialisations
6021                  */
6022                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
6023                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6024                         if (freesize >= memmap_pages) {
6025                                 freesize -= memmap_pages;
6026                                 if (memmap_pages)
6027                                         printk(KERN_DEBUG
6028                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6029                                                zone_names[j], memmap_pages);
6030                         } else
6031                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6032                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6033                 }
6034
6035                 /* Account for reserved pages */
6036                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6037                         freesize -= dma_reserve;
6038                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6039                                         zone_names[0], dma_reserve);
6040                 }
6041
6042                 if (!is_highmem_idx(j))
6043                         nr_kernel_pages += freesize;
6044                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6045                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6046                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6047                 nr_all_pages += freesize;
6048
6049                 /*
6050                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6051                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6052                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6053                  */
6054                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
6055 #ifdef CONFIG_NUMA
6056                 zone->node = nid;
6057 #endif
6058                 zone->name = zone_names[j];
6059                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6060                 spin_lock_init(&zone->lock);
6061                 zone_seqlock_init(zone);
6062                 zone_pcp_init(zone);
6063
6064                 if (!size)
6065                         continue;
6066
6067                 set_pageblock_order();
6068                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6069                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6070                 BUG_ON(ret);
6071                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6072         }
6073 }
6074
6075 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6076 {
6077         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6078         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6079
6080         /* Skip empty nodes */
6081         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6082                 return;
6083
6084 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6085         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6086         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6087         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6088         if (!pgdat->node_mem_map) {
6089                 unsigned long size, end;
6090                 struct page *map;
6091
6092                 /*
6093                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6094                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6095                  * for the buddy allocator to function correctly.
6096                  */
6097                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6098                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6099                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6100                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6101                 if (!map)
6102                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6103                                                                pgdat->node_id);
6104                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6105         }
6106 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6107         /*
6108          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6109          */
6110         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6111                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6112 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6113                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6114                         mem_map -= offset;
6115 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6116         }
6117 #endif
6118 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6119 }
6120
6121 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6122                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6123 {
6124         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6125         unsigned long start_pfn = 0;
6126         unsigned long end_pfn = 0;
6127
6128         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6129         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6130
6131         reset_deferred_meminit(pgdat);
6132         pgdat->node_id = nid;
6133         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6134         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6135 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6136         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6137         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6138                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6139                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6140 #else
6141         start_pfn = node_start_pfn;
6142 #endif
6143         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6144                                   zones_size, zholes_size);
6145
6146         alloc_node_mem_map(pgdat);
6147 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6148         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6149                 nid, (unsigned long)pgdat,
6150                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6151 #endif
6152
6153         free_area_init_core(pgdat);
6154 }
6155
6156 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6157
6158 #if MAX_NUMNODES > 1
6159 /*
6160  * Figure out the number of possible node ids.
6161  */
6162 void __init setup_nr_node_ids(void)
6163 {
6164         unsigned int highest;
6165
6166         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6167         nr_node_ids = highest + 1;
6168 }
6169 #endif
6170
6171 /**
6172  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6173  *
6174  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6175  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6176  * all the nodes.
6177  *
6178  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6179  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6180  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6181  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6182  *
6183  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6184  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6185  * populated node map.
6186  *
6187  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6188  * requirement (single node).
6189  */
6190 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6191 {
6192         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6193         unsigned long start, end, mask;
6194         int last_nid = -1;
6195         int i, nid;
6196
6197         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6198                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6199                         last_nid = nid;
6200                         last_end = end;
6201                         continue;
6202                 }
6203
6204                 /*
6205                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6206                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6207                  * too coarse to separate the current node from the last.
6208                  */
6209                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6210                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6211                         mask <<= 1;
6212
6213                 /* accumulate all internode masks */
6214                 accl_mask |= mask;
6215         }
6216
6217         /* convert mask to number of pages */
6218         return ~accl_mask + 1;
6219 }
6220
6221 /* Find the lowest pfn for a node */
6222 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6223 {
6224         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6225         unsigned long start_pfn;
6226         int i;
6227
6228         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6229                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6230
6231         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6232                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6233                 return 0;
6234         }
6235
6236         return min_pfn;
6237 }
6238
6239 /**
6240  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6241  *
6242  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6243  * memblock_set_node().
6244  */
6245 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6246 {
6247         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6248 }
6249
6250 /*
6251  * early_calculate_totalpages()
6252  * Sum pages in active regions for movable zone.
6253  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6254  */
6255 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6256 {
6257         unsigned long totalpages = 0;
6258         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6259         int i, nid;
6260
6261         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6262                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6263
6264                 totalpages += pages;
6265                 if (pages)
6266                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6267         }
6268         return totalpages;
6269 }
6270
6271 /*
6272  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6273  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6274  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6275  * others
6276  */
6277 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6278 {
6279         int i, nid;
6280         unsigned long usable_startpfn;
6281         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6282         /* save the state before borrow the nodemask */
6283         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6284         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6285         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6286         struct memblock_region *r;
6287
6288         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6289         find_usable_zone_for_movable();
6290
6291         /*
6292          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6293          * options.
6294          */
6295         if (movable_node_is_enabled()) {
6296                 for_each_memblock(memory, r) {
6297                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6298                                 continue;
6299
6300                         nid = r->nid;
6301
6302                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6303                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6304                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6305                                 usable_startpfn;
6306                 }
6307
6308                 goto out2;
6309         }
6310
6311         /*
6312          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6313          */
6314         if (mirrored_kernelcore) {
6315                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6316
6317                 for_each_memblock(memory, r) {
6318                         if (memblock_is_mirror(r))
6319                                 continue;
6320
6321                         nid = r->nid;
6322
6323                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6324
6325                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6326                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6327                                 continue;
6328                         }
6329
6330                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6331                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6332                                 usable_startpfn;
6333                 }
6334
6335                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6336                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6337
6338                 goto out2;
6339         }
6340
6341         /*
6342          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6343          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6344          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6345          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6346          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6347          * what movablecore would have allowed.
6348          */
6349         if (required_movablecore) {
6350                 unsigned long corepages;
6351
6352                 /*
6353                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6354                  * was requested by the user
6355                  */
6356                 required_movablecore =
6357                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6358                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6359                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6360
6361                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6362         }
6363
6364         /*
6365          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6366          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6367          */
6368         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6369                 goto out;
6370
6371         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6372         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6373
6374 restart:
6375         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6376         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6377         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6378                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6379
6380                 /*
6381                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6382                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6383                  * amount of memory for the kernel
6384                  */
6385                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6386                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6387
6388                 /*
6389                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6390                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6391                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6392                  */
6393                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6394
6395                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6396                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6397                         unsigned long size_pages;
6398
6399                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6400                         if (start_pfn >= end_pfn)
6401                                 continue;
6402
6403                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6404                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6405                                 unsigned long kernel_pages;
6406                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6407                                                                 - start_pfn;
6408
6409                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6410                                                         kernelcore_remaining);
6411                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6412                                                         required_kernelcore);
6413
6414                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6415                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6416
6417                                         /*
6418                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6419                                          * that if we have to rebalance
6420                                          * kernelcore across nodes, we will
6421                                          * not double account here
6422                                          */
6423                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6424                                         continue;
6425                                 }
6426                                 start_pfn = usable_startpfn;
6427                         }
6428
6429                         /*
6430                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6431                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6432                          * number of pages used as kernelcore
6433                          */
6434                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6435                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6436                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6437                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6438
6439                         /*
6440                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6441                          * break if the kernelcore for this node has been
6442                          * satisfied
6443                          */
6444                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6445                                                                 size_pages);
6446                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6447                         if (!kernelcore_remaining)
6448                                 break;
6449                 }
6450         }
6451
6452         /*
6453          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6454          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6455          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6456          * satisfied
6457          */
6458         usable_nodes--;
6459         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6460                 goto restart;
6461
6462 out2:
6463         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6464         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6465                 zone_movable_pfn[nid] =
6466                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6467
6468 out:
6469         /* restore the node_state */
6470         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6471 }
6472
6473 /* Any regular or high memory on that node ? */
6474 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6475 {
6476         enum zone_type zone_type;
6477
6478         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6479                 return;
6480
6481         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6482                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6483                 if (populated_zone(zone)) {
6484                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6485                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6486                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6487                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6488                         break;
6489                 }
6490         }
6491 }
6492
6493 /**
6494  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6495  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6496  *
6497  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6498  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6499  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6500  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6501  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6502  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6503  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6504  * at arch_max_dma_pfn.
6505  */
6506 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6507 {
6508         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6509         int i, nid;
6510
6511         /* Record where the zone boundaries are */
6512         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6513                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6514         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6515                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6516
6517         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6518
6519         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6520                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6521                         continue;
6522
6523                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6524                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6525                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6526
6527                 start_pfn = end_pfn;
6528         }
6529
6530         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6531         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6532         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6533
6534         /* Print out the zone ranges */
6535         pr_info("Zone ranges:\n");
6536         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6537                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6538                         continue;
6539                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6540                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6541                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6542                         pr_cont("empty\n");
6543                 else
6544                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6545                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6546                                         << PAGE_SHIFT,
6547                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6548                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6549         }
6550
6551         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6552         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6553         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6554                 if (zone_movable_pfn[i])
6555                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6556                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6557         }
6558
6559         /* Print out the early node map */
6560         pr_info("Early memory node ranges\n");
6561         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6562                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6563                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6564                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6565
6566         /* Initialise every node */
6567         mminit_verify_pageflags_layout();
6568         setup_nr_node_ids();
6569         for_each_online_node(nid) {
6570                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6571                 free_area_init_node(nid, NULL,
6572                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6573
6574                 /* Any memory on that node */
6575                 if (pgdat->node_present_pages)
6576                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6577                 check_for_memory(pgdat, nid);
6578         }
6579 }
6580
6581 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6582 {
6583         unsigned long long coremem;
6584         if (!p)
6585                 return -EINVAL;
6586
6587         coremem = memparse(p, &p);
6588         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6589
6590         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6591         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6592
6593         return 0;
6594 }
6595
6596 /*
6597  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6598  * cannot be reclaimed or migrated.
6599  */
6600 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6601 {
6602         /* parse kernelcore=mirror */
6603         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6604                 mirrored_kernelcore = true;
6605                 return 0;
6606         }
6607
6608         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6609 }
6610
6611 /*
6612  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6613  * can be reclaimed or migrated.
6614  */
6615 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6616 {
6617         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6618 }
6619
6620 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6621 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6622
6623 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6624
6625 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6626 {
6627         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6628         page_zone(page)->managed_pages += count;
6629         totalram_pages += count;
6630 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6631         if (PageHighMem(page))
6632                 totalhigh_pages += count;
6633 #endif
6634         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6635 }
6636 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6637
6638 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6639 {
6640         void *pos;
6641         unsigned long pages = 0;
6642
6643         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6644         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6645         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6646                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6647                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6648                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6649         }
6650
6651         if (pages && s)
6652                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6653                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6654
6655         return pages;
6656 }
6657 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6658
6659 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6660 void free_highmem_page(struct page *page)
6661 {
6662         __free_reserved_page(page);
6663         totalram_pages++;
6664         page_zone(page)->managed_pages++;
6665         totalhigh_pages++;
6666 }
6667 #endif
6668
6669
6670 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6671 {
6672         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6673         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6674
6675         physpages = get_num_physpages();
6676         codesize = _etext - _stext;
6677         datasize = _edata - _sdata;
6678         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6679         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6680         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6681         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6682
6683         /*
6684          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6685          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6686          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6687          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6688          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6689          */
6690 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6691         do { \
6692                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6693                         size -= adj; \
6694         } while (0)
6695
6696         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6697                      _sinittext, init_code_size);
6698         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6699         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6700         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6701         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6702
6703 #undef  adj_init_size
6704
6705         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6706 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6707                 ", %luK highmem"
6708 #endif
6709                 "%s%s)\n",
6710                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6711                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6712                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6713                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6714                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6715                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6716 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6717                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6718 #endif
6719                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6720 }
6721
6722 /**
6723  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6724  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6725  *
6726  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6727  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6728  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6729  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6730  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6731  * smaller per-cpu batchsize.
6732  */
6733 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6734 {
6735         dma_reserve = new_dma_reserve;
6736 }
6737
6738 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6739 {
6740         free_area_init_node(0, zones_size,
6741                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6742 }
6743
6744 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6745 {
6746
6747         lru_add_drain_cpu(cpu);
6748         drain_pages(cpu);
6749
6750         /*
6751          * Spill the event counters of the dead processor
6752          * into the current processors event counters.
6753          * This artificially elevates the count of the current
6754          * processor.
6755          */
6756         vm_events_fold_cpu(cpu);
6757
6758         /*
6759          * Zero the differential counters of the dead processor
6760          * so that the vm statistics are consistent.
6761          *
6762          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6763          * race with what we are doing.
6764          */
6765         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6766         return 0;
6767 }
6768
6769 void __init page_alloc_init(void)
6770 {
6771         int ret;
6772
6773         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6774                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6775                                         page_alloc_cpu_dead);
6776         WARN_ON(ret < 0);
6777 }
6778
6779 /*
6780  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6781  *      or min_free_kbytes changes.
6782  */
6783 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6784 {
6785         struct pglist_data *pgdat;
6786         unsigned long reserve_pages = 0;
6787         enum zone_type i, j;
6788
6789         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6790
6791                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6792
6793                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6794                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6795                         long max = 0;
6796
6797                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6798                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6799                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6800                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6801                         }
6802
6803                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6804                         max += high_wmark_pages(zone);
6805
6806                         if (max > zone->managed_pages)
6807                                 max = zone->managed_pages;
6808
6809                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6810
6811                         reserve_pages += max;
6812                 }
6813         }
6814         totalreserve_pages = reserve_pages;
6815 }
6816
6817 /*
6818  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6819  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6820  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6821  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6822  */
6823 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6824 {
6825         struct pglist_data *pgdat;
6826         enum zone_type j, idx;
6827
6828         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6829                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6830                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6831                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6832
6833                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6834
6835                         idx = j;
6836                         while (idx) {
6837                                 struct zone *lower_zone;
6838
6839                                 idx--;
6840
6841                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6842                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6843
6844                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6845                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6846                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6847                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6848                         }
6849                 }
6850         }
6851
6852         /* update totalreserve_pages */
6853         calculate_totalreserve_pages();
6854 }
6855
6856 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6857 {
6858         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6859         unsigned long lowmem_pages = 0;
6860         struct zone *zone;
6861         unsigned long flags;
6862
6863         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6864         for_each_zone(zone) {
6865                 if (!is_highmem(zone))
6866                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6867         }
6868
6869         for_each_zone(zone) {
6870                 u64 tmp;
6871
6872                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6873                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6874                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6875                 if (is_highmem(zone)) {
6876                         /*
6877                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6878                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6879                          * value here.
6880                          *
6881                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6882                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6883                          * not be capped for highmem.
6884                          */
6885                         unsigned long min_pages;
6886
6887                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6888                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6889                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6890                 } else {
6891                         /*
6892                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6893                          * proportionate to the zone's size.
6894                          */
6895                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6896                 }
6897
6898                 /*
6899                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6900                  * scale factor in proportion to available memory, but
6901                  * ensure a minimum size on small systems.
6902                  */
6903                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6904                             mult_frac(zone->managed_pages,
6905                                       watermark_scale_factor, 10000));
6906
6907                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6908                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6909
6910                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6911         }
6912
6913         /* update totalreserve_pages */
6914         calculate_totalreserve_pages();
6915 }
6916
6917 /**
6918  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6919  * or when memory is hot-{added|removed}
6920  *
6921  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6922  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6923  */
6924 void setup_per_zone_wmarks(void)
6925 {
6926         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6927         __setup_per_zone_wmarks();
6928         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6929 }
6930
6931 /*
6932  * Initialise min_free_kbytes.
6933  *
6934  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6935  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6936  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6937  *
6938  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6939  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6940  *
6941  * which yields
6942  *
6943  * 16MB:        512k
6944  * 32MB:        724k
6945  * 64MB:        1024k
6946  * 128MB:       1448k
6947  * 256MB:       2048k
6948  * 512MB:       2896k
6949  * 1024MB:      4096k
6950  * 2048MB:      5792k
6951  * 4096MB:      8192k
6952  * 8192MB:      11584k
6953  * 16384MB:     16384k
6954  */
6955 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6956 {
6957         unsigned long lowmem_kbytes;
6958         int new_min_free_kbytes;
6959
6960         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6961         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6962
6963         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6964                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6965                 if (min_free_kbytes < 128)
6966                         min_free_kbytes = 128;
6967                 if (min_free_kbytes > 65536)
6968                         min_free_kbytes = 65536;
6969         } else {
6970                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6971                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6972         }
6973         setup_per_zone_wmarks();
6974         refresh_zone_stat_thresholds();
6975         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6976
6977 #ifdef CONFIG_NUMA
6978         setup_min_unmapped_ratio();
6979         setup_min_slab_ratio();
6980 #endif
6981
6982         return 0;
6983 }
6984 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6985
6986 /*
6987  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6988  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6989  *      changes.
6990  */
6991 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6992         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6993 {
6994         int rc;
6995
6996         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6997         if (rc)
6998                 return rc;
6999
7000         if (write) {
7001                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7002                 setup_per_zone_wmarks();
7003         }
7004         return 0;
7005 }
7006
7007 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7008         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7009 {
7010         int rc;
7011
7012         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7013         if (rc)
7014                 return rc;
7015
7016         if (write)
7017                 setup_per_zone_wmarks();
7018
7019         return 0;
7020 }
7021
7022 #ifdef CONFIG_NUMA
7023 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7024 {
7025         pg_data_t *pgdat;
7026         struct zone *zone;
7027
7028         for_each_online_pgdat(pgdat)
7029                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7030
7031         for_each_zone(zone)
7032                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7033                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7034 }
7035
7036
7037 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7038         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7039 {
7040         int rc;
7041
7042         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7043         if (rc)
7044                 return rc;
7045
7046         setup_min_unmapped_ratio();
7047
7048         return 0;
7049 }
7050
7051 static void setup_min_slab_ratio(void)
7052 {
7053         pg_data_t *pgdat;
7054         struct zone *zone;
7055
7056         for_each_online_pgdat(pgdat)
7057                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7058
7059         for_each_zone(zone)
7060                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7061                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7062 }
7063
7064 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7065         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7066 {
7067         int rc;
7068
7069         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7070         if (rc)
7071                 return rc;
7072
7073         setup_min_slab_ratio();
7074
7075         return 0;
7076 }
7077 #endif
7078
7079 /*
7080  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7081  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7082  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7083  *
7084  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7085  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7086  * if in function of the boot time zone sizes.
7087  */
7088 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7089         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7090 {
7091         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7092         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7093         return 0;
7094 }
7095
7096 /*
7097  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7098  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7099  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7100  */
7101 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7102         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7103 {
7104         struct zone *zone;
7105         int old_percpu_pagelist_fraction;
7106         int ret;
7107
7108         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7109         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7110
7111         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7112         if (!write || ret < 0)
7113                 goto out;
7114
7115         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7116         if (percpu_pagelist_fraction &&
7117             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7118                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7119                 ret = -EINVAL;
7120                 goto out;
7121         }
7122
7123         /* No change? */
7124         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7125                 goto out;
7126
7127         for_each_populated_zone(zone) {
7128                 unsigned int cpu;
7129
7130                 for_each_possible_cpu(cpu)
7131                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7132                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7133         }
7134 out:
7135         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7136         return ret;
7137 }
7138
7139 #ifdef CONFIG_NUMA
7140 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7141
7142 static int __init set_hashdist(char *str)
7143 {
7144         if (!str)
7145                 return 0;
7146         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7147         return 1;
7148 }
7149 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7150 #endif
7151
7152 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7153 /*
7154  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7155  * is not known to alloc_large_system_hash().
7156  */
7157 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7158 {
7159         return 0;
7160 }
7161 #endif
7162
7163 /*
7164  * allocate a large system hash table from bootmem
7165  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7166  *   quantity of entries
7167  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7168  */
7169 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7170                                      unsigned long bucketsize,
7171                                      unsigned long numentries,
7172                                      int scale,
7173                                      int flags,
7174                                      unsigned int *_hash_shift,
7175                                      unsigned int *_hash_mask,
7176                                      unsigned long low_limit,
7177                                      unsigned long high_limit)
7178 {
7179         unsigned long long max = high_limit;
7180         unsigned long log2qty, size;
7181         void *table = NULL;
7182
7183         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7184         if (!numentries) {
7185                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7186                 numentries = nr_kernel_pages;
7187                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7188
7189                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7190                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7191                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7192
7193                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7194                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7195                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7196                 else
7197                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7198
7199                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7200                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7201                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7202                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7203                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7204                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7205                                 BUG_ON(!numentries);
7206                         }
7207                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7208                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7209         }
7210         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7211
7212         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7213         if (max == 0) {
7214                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7215                 do_div(max, bucketsize);
7216         }
7217         max = min(max, 0x80000000ULL);
7218
7219         if (numentries < low_limit)
7220                 numentries = low_limit;
7221         if (numentries > max)
7222                 numentries = max;
7223
7224         log2qty = ilog2(numentries);
7225
7226         do {
7227                 size = bucketsize << log2qty;
7228                 if (flags & HASH_EARLY)
7229                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7230                 else if (hashdist)
7231                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7232                 else {
7233                         /*
7234                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7235                          * some pages at the end of hash table which
7236                          * alloc_pages_exact() automatically does
7237                          */
7238                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7239                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7240                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7241                         }
7242                 }
7243         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7244
7245         if (!table)
7246                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7247
7248         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7249                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7250
7251         if (_hash_shift)
7252                 *_hash_shift = log2qty;
7253         if (_hash_mask)
7254                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7255
7256         return table;
7257 }
7258
7259 /*
7260  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7261  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7262  *
7263  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7264  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7265  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7266  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7267  */
7268 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7269                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7270 {
7271         unsigned long pfn, iter, found;
7272         int mt;
7273
7274         /*
7275          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7276          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7277          */
7278         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7279                 return false;
7280         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7281         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7282                 return false;
7283
7284         pfn = page_to_pfn(page);
7285         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7286                 unsigned long check = pfn + iter;
7287
7288                 if (!pfn_valid_within(check))
7289                         continue;
7290
7291                 page = pfn_to_page(check);
7292
7293                 /*
7294                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7295                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7296                  * handle each tail page individually in migration.
7297                  */
7298                 if (PageHuge(page)) {
7299                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7300                         continue;
7301                 }
7302
7303                 /*
7304                  * We can't use page_count without pin a page
7305                  * because another CPU can free compound page.
7306                  * This check already skips compound tails of THP
7307                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7308                  */
7309                 if (!page_ref_count(page)) {
7310                         if (PageBuddy(page))
7311                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7312                         continue;
7313                 }
7314
7315                 /*
7316                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7317                  * page_count() is not 0.
7318                  */
7319                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7320                         continue;
7321
7322                 if (__PageMovable(page))
7323                         continue;
7324
7325                 if (!PageLRU(page))
7326                         found++;
7327                 /*
7328                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7329                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7330                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7331                  */
7332                 /*
7333                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7334                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7335                  *
7336                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7337                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7338                  * page at boot.
7339                  */
7340                 if (found > count)
7341                         return true;
7342         }
7343         return false;
7344 }
7345
7346 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7347 {
7348         struct zone *zone;
7349         unsigned long pfn;
7350
7351         /*
7352          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7353          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7354          * the zone but still within the section.
7355          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7356          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7357          */
7358         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7359                 return false;
7360
7361         zone = page_zone(page);
7362         pfn = page_to_pfn(page);
7363         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7364                 return false;
7365
7366         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7367 }
7368
7369 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7370
7371 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7372 {
7373         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7374                              pageblock_nr_pages) - 1);
7375 }
7376
7377 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7378 {
7379         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7380                                 pageblock_nr_pages));
7381 }
7382
7383 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7384 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7385                                         unsigned long start, unsigned long end)
7386 {
7387         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7388         unsigned long nr_reclaimed;
7389         unsigned long pfn = start;
7390         unsigned int tries = 0;
7391         int ret = 0;
7392
7393         migrate_prep();
7394
7395         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7396                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7397                         ret = -EINTR;
7398                         break;
7399                 }
7400
7401                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7402                         cc->nr_migratepages = 0;
7403                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7404                         if (!pfn) {
7405                                 ret = -EINTR;
7406                                 break;
7407                         }
7408                         tries = 0;
7409                 } else if (++tries == 5) {
7410                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7411                         break;
7412                 }
7413
7414                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7415                                                         &cc->migratepages);
7416                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7417
7418                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7419                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7420         }
7421         if (ret < 0) {
7422                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7423                 return ret;
7424         }
7425         return 0;
7426 }
7427
7428 /**
7429  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7430  * @start:      start PFN to allocate
7431  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7432  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7433  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7434  *                      in range must have the same migratetype and it must
7435  *                      be either of the two.
7436  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7437  *
7438  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7439  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7440  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7441  * pages fall in.
7442  *
7443  * The PFN range must belong to a single zone.
7444  *
7445  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7446  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7447  * need to be freed with free_contig_range().
7448  */
7449 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7450                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7451 {
7452         unsigned long outer_start, outer_end;
7453         unsigned int order;
7454         int ret = 0;
7455
7456         struct compact_control cc = {
7457                 .nr_migratepages = 0,
7458                 .order = -1,
7459                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7460                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7461                 .ignore_skip_hint = true,
7462                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7463         };
7464         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7465
7466         /*
7467          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7468          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7469          * have different sizes, and due to the way page allocator
7470          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7471          * that page allocator won't try to merge buddies from
7472          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7473          * other migration type.
7474          *
7475          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7476          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7477          * we are interested in).  This will put all the pages in
7478          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7479          *
7480          * When this is done, we take the pages in range from page
7481          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7482          * page allocator will never consider using them.
7483          *
7484          * This lets us mark the pageblocks back as
7485          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7486          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7487          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7488          */
7489
7490         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7491                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7492                                        false);
7493         if (ret)
7494                 return ret;
7495
7496         /*
7497          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7498          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7499          */
7500         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7501         if (ret && ret != -EBUSY)
7502                 goto done;
7503
7504         /*
7505          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7506          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7507          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7508          * What we are going to do is to allocate all pages from
7509          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7510          *
7511          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7512          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7513          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7514          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7515          * once this is done free the pages we are not interested in.
7516          *
7517          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7518          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7519          */
7520
7521         lru_add_drain_all();
7522         drain_all_pages(cc.zone);
7523
7524         order = 0;
7525         outer_start = start;
7526         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7527                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7528                         outer_start = start;
7529                         break;
7530                 }
7531                 outer_start &= ~0UL << order;
7532         }
7533
7534         if (outer_start != start) {
7535                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7536
7537                 /*
7538                  * outer_start page could be small order buddy page and
7539                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7540                  * in this case to report failed page properly
7541                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7542                  */
7543                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7544                         outer_start = start;
7545         }
7546
7547         /* Make sure the range is really isolated. */
7548         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7549                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7550                         __func__, outer_start, end);
7551                 ret = -EBUSY;
7552                 goto done;
7553         }
7554
7555         /* Grab isolated pages from freelists. */
7556         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7557         if (!outer_end) {
7558                 ret = -EBUSY;
7559                 goto done;
7560         }
7561
7562         /* Free head and tail (if any) */
7563         if (start != outer_start)
7564                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7565         if (end != outer_end)
7566                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7567
7568 done:
7569         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7570                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7571         return ret;
7572 }
7573
7574 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7575 {
7576         unsigned int count = 0;
7577
7578         for (; nr_pages--; pfn++) {
7579                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7580
7581                 count += page_count(page) != 1;
7582                 __free_page(page);
7583         }
7584         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7585 }
7586 #endif
7587
7588 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7589 /*
7590  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7591  * page high values need to be recalulated.
7592  */
7593 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7594 {
7595         unsigned cpu;
7596         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7597         for_each_possible_cpu(cpu)
7598                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7599                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7600         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7601 }
7602 #endif
7603
7604 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7605 {
7606         unsigned long flags;
7607         int cpu;
7608         struct per_cpu_pageset *pset;
7609
7610         /* avoid races with drain_pages()  */
7611         local_irq_save(flags);
7612         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7613                 for_each_online_cpu(cpu) {
7614                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7615                         drain_zonestat(zone, pset);
7616                 }
7617                 free_percpu(zone->pageset);
7618                 zone->pageset = &boot_pageset;
7619         }
7620         local_irq_restore(flags);
7621 }
7622
7623 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7624 /*
7625  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7626  * before calling this.
7627  */
7628 void
7629 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7630 {
7631         struct page *page;
7632         struct zone *zone;
7633         unsigned int order, i;
7634         unsigned long pfn;
7635         unsigned long flags;
7636         /* find the first valid pfn */
7637         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7638                 if (pfn_valid(pfn))
7639                         break;
7640         if (pfn == end_pfn)
7641                 return;
7642         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7643         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7644         pfn = start_pfn;
7645         while (pfn < end_pfn) {
7646                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7647                         pfn++;
7648                         continue;
7649                 }
7650                 page = pfn_to_page(pfn);
7651                 /*
7652                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7653                  * page_count() is not 0.
7654                  */
7655                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7656                         pfn++;
7657                         SetPageReserved(page);
7658                         continue;
7659                 }
7660
7661                 BUG_ON(page_count(page));
7662                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7663                 order = page_order(page);
7664 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7665                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7666                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7667 #endif
7668                 list_del(&page->lru);
7669                 rmv_page_order(page);
7670                 zone->free_area[order].nr_free--;
7671                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7672                         SetPageReserved((page+i));
7673                 pfn += (1 << order);
7674         }
7675         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7676 }
7677 #endif
7678
7679 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7680 {
7681         struct zone *zone = page_zone(page);
7682         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7683         unsigned long flags;
7684         unsigned int order;
7685
7686         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7687         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7688                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7689
7690                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7691                         break;
7692         }
7693         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7694
7695         return order < MAX_ORDER;
7696 }