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