]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
lib/show_mem.c: teach show_mem to work with the given nodemask
[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 /*
2343  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2344  *
2345  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2346  *
2347  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2348  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2349  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2350  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2351  * before the call to on_each_cpu_mask().
2352  */
2353 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2354 {
2355         int cpu;
2356
2357         /*
2358          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2359          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2360          */
2361         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2362
2363         /*
2364          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2365          * as offline notification will cause the notified
2366          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2367          * disables preemption as part of its processing
2368          */
2369         for_each_online_cpu(cpu) {
2370                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2371                 struct zone *z;
2372                 bool has_pcps = false;
2373
2374                 if (zone) {
2375                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2376                         if (pcp->pcp.count)
2377                                 has_pcps = true;
2378                 } else {
2379                         for_each_populated_zone(z) {
2380                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2381                                 if (pcp->pcp.count) {
2382                                         has_pcps = true;
2383                                         break;
2384                                 }
2385                         }
2386                 }
2387
2388                 if (has_pcps)
2389                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2390                 else
2391                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2392         }
2393         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2394                                                                 zone, 1);
2395 }
2396
2397 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2398
2399 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2400 {
2401         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2402         unsigned long flags;
2403         unsigned int order, t;
2404         struct page *page;
2405
2406         if (zone_is_empty(zone))
2407                 return;
2408
2409         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2410
2411         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2412         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2413                 if (pfn_valid(pfn)) {
2414                         page = pfn_to_page(pfn);
2415
2416                         if (page_zone(page) != zone)
2417                                 continue;
2418
2419                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2420                                 swsusp_unset_page_free(page);
2421                 }
2422
2423         for_each_migratetype_order(order, t) {
2424                 list_for_each_entry(page,
2425                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2426                         unsigned long i;
2427
2428                         pfn = page_to_pfn(page);
2429                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2430                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2431                 }
2432         }
2433         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2434 }
2435 #endif /* CONFIG_PM */
2436
2437 /*
2438  * Free a 0-order page
2439  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2440  */
2441 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2442 {
2443         struct zone *zone = page_zone(page);
2444         struct per_cpu_pages *pcp;
2445         unsigned long flags;
2446         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2447         int migratetype;
2448
2449         if (!free_pcp_prepare(page))
2450                 return;
2451
2452         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2453         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2454         local_irq_save(flags);
2455         __count_vm_event(PGFREE);
2456
2457         /*
2458          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2459          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2460          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2461          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2462          * excessively into the page allocator
2463          */
2464         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2465                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2466                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2467                         goto out;
2468                 }
2469                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2470         }
2471
2472         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2473         if (!cold)
2474                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2475         else
2476                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2477         pcp->count++;
2478         if (pcp->count >= pcp->high) {
2479                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2480                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2481                 pcp->count -= batch;
2482         }
2483
2484 out:
2485         local_irq_restore(flags);
2486 }
2487
2488 /*
2489  * Free a list of 0-order pages
2490  */
2491 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2492 {
2493         struct page *page, *next;
2494
2495         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2496                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2497                 free_hot_cold_page(page, cold);
2498         }
2499 }
2500
2501 /*
2502  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2503  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2504  * Each sub-page must be freed individually.
2505  *
2506  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2507  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2508  */
2509 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2510 {
2511         int i;
2512
2513         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2514         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2515
2516 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2517         /*
2518          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2519          * otherwise free the whole shadow.
2520          */
2521         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2522                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2523 #endif
2524
2525         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2526                 set_page_refcounted(page + i);
2527         split_page_owner(page, order);
2528 }
2529 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2530
2531 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2532 {
2533         unsigned long watermark;
2534         struct zone *zone;
2535         int mt;
2536
2537         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2538
2539         zone = page_zone(page);
2540         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2541
2542         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2543                 /*
2544                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2545                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2546                  * watermark, because we already know our high-order page
2547                  * exists.
2548                  */
2549                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2550                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2551                         return 0;
2552
2553                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2554         }
2555
2556         /* Remove page from free list */
2557         list_del(&page->lru);
2558         zone->free_area[order].nr_free--;
2559         rmv_page_order(page);
2560
2561         /*
2562          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2563          * pageblock
2564          */
2565         if (order >= pageblock_order - 1) {
2566                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2567                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2568                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2569                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2570                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2571                                 set_pageblock_migratetype(page,
2572                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2573                 }
2574         }
2575
2576
2577         return 1UL << order;
2578 }
2579
2580 /*
2581  * Update NUMA hit/miss statistics
2582  *
2583  * Must be called with interrupts disabled.
2584  */
2585 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2586 {
2587 #ifdef CONFIG_NUMA
2588         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2589
2590         if (z->node != numa_node_id())
2591                 local_stat = NUMA_OTHER;
2592
2593         if (z->node == preferred_zone->node)
2594                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2595         else {
2596                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2597                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2598         }
2599         __inc_zone_state(z, local_stat);
2600 #endif
2601 }
2602
2603 /*
2604  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2605  */
2606 static inline
2607 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2608                         struct zone *zone, unsigned int order,
2609                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2610                         int migratetype)
2611 {
2612         unsigned long flags;
2613         struct page *page;
2614         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2615
2616         if (likely(order == 0)) {
2617                 struct per_cpu_pages *pcp;
2618                 struct list_head *list;
2619
2620                 local_irq_save(flags);
2621                 do {
2622                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2623                         list = &pcp->lists[migratetype];
2624                         if (list_empty(list)) {
2625                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2626                                                 pcp->batch, list,
2627                                                 migratetype, cold);
2628                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2629                                         goto failed;
2630                         }
2631
2632                         if (cold)
2633                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2634                         else
2635                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2636
2637                         list_del(&page->lru);
2638                         pcp->count--;
2639
2640                 } while (check_new_pcp(page));
2641         } else {
2642                 /*
2643                  * We most definitely don't want callers attempting to
2644                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2645                  */
2646                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2647                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2648
2649                 do {
2650                         page = NULL;
2651                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2652                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2653                                 if (page)
2654                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2655                         }
2656                         if (!page)
2657                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2658                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2659                 spin_unlock(&zone->lock);
2660                 if (!page)
2661                         goto failed;
2662                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2663                                           get_pcppage_migratetype(page));
2664         }
2665
2666         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2667         zone_statistics(preferred_zone, zone);
2668         local_irq_restore(flags);
2669
2670         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2671         return page;
2672
2673 failed:
2674         local_irq_restore(flags);
2675         return NULL;
2676 }
2677
2678 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2679
2680 static struct {
2681         struct fault_attr attr;
2682
2683         bool ignore_gfp_highmem;
2684         bool ignore_gfp_reclaim;
2685         u32 min_order;
2686 } fail_page_alloc = {
2687         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2688         .ignore_gfp_reclaim = true,
2689         .ignore_gfp_highmem = true,
2690         .min_order = 1,
2691 };
2692
2693 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2694 {
2695         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2696 }
2697 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2698
2699 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2700 {
2701         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2702                 return false;
2703         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2704                 return false;
2705         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2706                 return false;
2707         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2708                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2709                 return false;
2710
2711         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2712 }
2713
2714 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2715
2716 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2717 {
2718         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2719         struct dentry *dir;
2720
2721         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2722                                         &fail_page_alloc.attr);
2723         if (IS_ERR(dir))
2724                 return PTR_ERR(dir);
2725
2726         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2727                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2728                 goto fail;
2729         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2730                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2731                 goto fail;
2732         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2733                                 &fail_page_alloc.min_order))
2734                 goto fail;
2735
2736         return 0;
2737 fail:
2738         debugfs_remove_recursive(dir);
2739
2740         return -ENOMEM;
2741 }
2742
2743 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2744
2745 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2746
2747 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2748
2749 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2750 {
2751         return false;
2752 }
2753
2754 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2755
2756 /*
2757  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2758  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2759  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2760  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2761  */
2762 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2763                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2764                          long free_pages)
2765 {
2766         long min = mark;
2767         int o;
2768         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2769
2770         /* free_pages may go negative - that's OK */
2771         free_pages -= (1 << order) - 1;
2772
2773         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2774                 min -= min / 2;
2775
2776         /*
2777          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2778          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2779          * atomic reserve but it avoids a search.
2780          */
2781         if (likely(!alloc_harder))
2782                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2783         else
2784                 min -= min / 4;
2785
2786 #ifdef CONFIG_CMA
2787         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2788         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2789                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2790 #endif
2791
2792         /*
2793          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2794          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2795          * even if a suitable page happened to be free.
2796          */
2797         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2798                 return false;
2799
2800         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2801         if (!order)
2802                 return true;
2803
2804         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2805         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2806                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2807                 int mt;
2808
2809                 if (!area->nr_free)
2810                         continue;
2811
2812                 if (alloc_harder)
2813                         return true;
2814
2815                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2816                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2817                                 return true;
2818                 }
2819
2820 #ifdef CONFIG_CMA
2821                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2822                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2823                         return true;
2824                 }
2825 #endif
2826         }
2827         return false;
2828 }
2829
2830 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2831                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2832 {
2833         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2834                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2835 }
2836
2837 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2838                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2839 {
2840         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2841         long cma_pages = 0;
2842
2843 #ifdef CONFIG_CMA
2844         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2845         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2846                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2847 #endif
2848
2849         /*
2850          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2851          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2852          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2853          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2854          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2855          */
2856         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2857                 return true;
2858
2859         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2860                                         free_pages);
2861 }
2862
2863 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2864                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2865 {
2866         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2867
2868         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2869                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2870
2871         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2872                                                                 free_pages);
2873 }
2874
2875 #ifdef CONFIG_NUMA
2876 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2877 {
2878         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2879                                 RECLAIM_DISTANCE;
2880 }
2881 #else   /* CONFIG_NUMA */
2882 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2883 {
2884         return true;
2885 }
2886 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2887
2888 /*
2889  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2890  * a page.
2891  */
2892 static struct page *
2893 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2894                                                 const struct alloc_context *ac)
2895 {
2896         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2897         struct zone *zone;
2898         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2899
2900         /*
2901          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2902          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2903          */
2904         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2905                                                                 ac->nodemask) {
2906                 struct page *page;
2907                 unsigned long mark;
2908
2909                 if (cpusets_enabled() &&
2910                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2911                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2912                                 continue;
2913                 /*
2914                  * When allocating a page cache page for writing, we
2915                  * want to get it from a node that is within its dirty
2916                  * limit, such that no single node holds more than its
2917                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2918                  * The dirty limits take into account the node's
2919                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2920                  * should be able to balance it without having to
2921                  * write pages from its LRU list.
2922                  *
2923                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2924                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2925                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2926                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2927                  * nodes are together not big enough to reach the
2928                  * global limit.  The proper fix for these situations
2929                  * will require awareness of nodes in the
2930                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2931                  */
2932                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2933                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2934                                 continue;
2935
2936                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2937                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2938                                 continue;
2939                         }
2940                 }
2941
2942                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2943                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2944                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2945                         int ret;
2946
2947                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2948                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2949                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2950                                 goto try_this_zone;
2951
2952                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2953                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2954                                 continue;
2955
2956                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2957                         switch (ret) {
2958                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2959                                 /* did not scan */
2960                                 continue;
2961                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2962                                 /* scanned but unreclaimable */
2963                                 continue;
2964                         default:
2965                                 /* did we reclaim enough */
2966                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2967                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2968                                         goto try_this_zone;
2969
2970                                 continue;
2971                         }
2972                 }
2973
2974 try_this_zone:
2975                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2976                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2977                 if (page) {
2978                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2979
2980                         /*
2981                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2982                          * if the pageblock should be reserved for the future
2983                          */
2984                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2985                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2986
2987                         return page;
2988                 }
2989         }
2990
2991         return NULL;
2992 }
2993
2994 /*
2995  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2996  * meminfo in irq context.
2997  */
2998 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2999 {
3000         bool ret = false;
3001
3002 #if NODES_SHIFT > 8
3003         ret = in_interrupt();
3004 #endif
3005         return ret;
3006 }
3007
3008 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3009 {
3010         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3011         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3012
3013         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3014                 return;
3015
3016         /*
3017          * This documents exceptions given to allocations in certain
3018          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3019          * of allowed nodes.
3020          */
3021         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3022                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3023                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3024                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3025         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3026                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3027
3028         show_mem(filter, nodemask);
3029 }
3030
3031 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3032 {
3033         struct va_format vaf;
3034         va_list args;
3035         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3036                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3037         nodemask_t *nm = (nodemask) ? nodemask : &cpuset_current_mems_allowed;
3038
3039         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3040             debug_guardpage_minorder() > 0)
3041                 return;
3042
3043         pr_warn("%s: ", current->comm);
3044
3045         va_start(args, fmt);
3046         vaf.fmt = fmt;
3047         vaf.va = &args;
3048         pr_cont("%pV", &vaf);
3049         va_end(args);
3050
3051         pr_cont(", mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n", gfp_mask, &gfp_mask, nodemask_pr_args(nm));
3052         cpuset_print_current_mems_allowed();
3053
3054         dump_stack();
3055         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nm);
3056 }
3057
3058 static inline struct page *
3059 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3060         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3061 {
3062         struct oom_control oc = {
3063                 .zonelist = ac->zonelist,
3064                 .nodemask = ac->nodemask,
3065                 .memcg = NULL,
3066                 .gfp_mask = gfp_mask,
3067                 .order = order,
3068         };
3069         struct page *page;
3070
3071         *did_some_progress = 0;
3072
3073         /*
3074          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3075          * making progress for us.
3076          */
3077         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3078                 *did_some_progress = 1;
3079                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3080                 return NULL;
3081         }
3082
3083         /*
3084          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3085          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3086          * we're still under heavy pressure.
3087          */
3088         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3089                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3090         if (page)
3091                 goto out;
3092
3093         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3094                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3095                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3096                         goto out;
3097                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3098                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3099                         goto out;
3100                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3101                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3102                         goto out;
3103                 if (pm_suspended_storage())
3104                         goto out;
3105                 /*
3106                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3107                  * other request to make a forward progress.
3108                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3109                  * do much for this context but let's try it to at least get
3110                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3111                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3112                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3113                  */
3114
3115                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3116                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3117                         goto out;
3118         }
3119         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3120         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3121                 *did_some_progress = 1;
3122
3123                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3124                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3125                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3126                         /*
3127                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3128                          * are depleted
3129                          */
3130                         if (!page)
3131                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3132                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3133                 }
3134         }
3135 out:
3136         mutex_unlock(&oom_lock);
3137         return page;
3138 }
3139
3140 /*
3141  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3142  * killer is consider as the only way to move forward.
3143  */
3144 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3145
3146 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3147 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3148 static struct page *
3149 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3150                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3151                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3152 {
3153         struct page *page;
3154
3155         if (!order)
3156                 return NULL;
3157
3158         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3159         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3160                                                                         prio);
3161         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3162
3163         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3164                 return NULL;
3165
3166         /*
3167          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3168          * count a compaction stall
3169          */
3170         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3171
3172         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3173
3174         if (page) {
3175                 struct zone *zone = page_zone(page);
3176
3177                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3178                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3179                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3180                 return page;
3181         }
3182
3183         /*
3184          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3185          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3186          */
3187         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3188
3189         cond_resched();
3190
3191         return NULL;
3192 }
3193
3194 static inline bool
3195 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3196                      enum compact_result compact_result,
3197                      enum compact_priority *compact_priority,
3198                      int *compaction_retries)
3199 {
3200         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3201         int min_priority;
3202         bool ret = false;
3203         int retries = *compaction_retries;
3204         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3205
3206         if (!order)
3207                 return false;
3208
3209         if (compaction_made_progress(compact_result))
3210                 (*compaction_retries)++;
3211
3212         /*
3213          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3214          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3215          * failure could be caused by insufficient priority
3216          */
3217         if (compaction_failed(compact_result))
3218                 goto check_priority;
3219
3220         /*
3221          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3222          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3223          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3224          * compaction.
3225          */
3226         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3227                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3228                 goto out;
3229         }
3230
3231         /*
3232          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3233          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3234          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3235          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3236          * would need much more detailed feedback from compaction to
3237          * make a better decision.
3238          */
3239         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3240                 max_retries /= 4;
3241         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3242                 ret = true;
3243                 goto out;
3244         }
3245
3246         /*
3247          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3248          * all retries or failed at the lower priorities.
3249          */
3250 check_priority:
3251         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3252                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3253
3254         if (*compact_priority > min_priority) {
3255                 (*compact_priority)--;
3256                 *compaction_retries = 0;
3257                 ret = true;
3258         }
3259 out:
3260         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3261         return ret;
3262 }
3263 #else
3264 static inline struct page *
3265 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3266                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3267                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3268 {
3269         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3270         return NULL;
3271 }
3272
3273 static inline bool
3274 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3275                      enum compact_result compact_result,
3276                      enum compact_priority *compact_priority,
3277                      int *compaction_retries)
3278 {
3279         struct zone *zone;
3280         struct zoneref *z;
3281
3282         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3283                 return false;
3284
3285         /*
3286          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3287          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3288          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3289          * watermarks are OK.
3290          */
3291         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3292                                         ac->nodemask) {
3293                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3294                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3295                         return true;
3296         }
3297         return false;
3298 }
3299 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3300
3301 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3302 static int
3303 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3304                                         const struct alloc_context *ac)
3305 {
3306         struct reclaim_state reclaim_state;
3307         int progress;
3308
3309         cond_resched();
3310
3311         /* We now go into synchronous reclaim */
3312         cpuset_memory_pressure_bump();
3313         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3314         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3315         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3316         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3317
3318         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3319                                                                 ac->nodemask);
3320
3321         current->reclaim_state = NULL;
3322         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3323         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3324
3325         cond_resched();
3326
3327         return progress;
3328 }
3329
3330 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3331 static inline struct page *
3332 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3333                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3334                 unsigned long *did_some_progress)
3335 {
3336         struct page *page = NULL;
3337         bool drained = false;
3338
3339         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3340         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3341                 return NULL;
3342
3343 retry:
3344         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3345
3346         /*
3347          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3348          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3349          * Shrink them them and try again
3350          */
3351         if (!page && !drained) {
3352                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3353                 drain_all_pages(NULL);
3354                 drained = true;
3355                 goto retry;
3356         }
3357
3358         return page;
3359 }
3360
3361 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3362 {
3363         struct zoneref *z;
3364         struct zone *zone;
3365         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3366
3367         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3368                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3369                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3370                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3371                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3372         }
3373 }
3374
3375 static inline unsigned int
3376 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3377 {
3378         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3379
3380         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3381         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3382
3383         /*
3384          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3385          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3386          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3387          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3388          */
3389         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3390
3391         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3392                 /*
3393                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3394                  * if it can't schedule.
3395                  */
3396                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3397                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3398                 /*
3399                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3400                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3401                  */
3402                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3403         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3404                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3405
3406 #ifdef CONFIG_CMA
3407         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3408                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3409 #endif
3410         return alloc_flags;
3411 }
3412
3413 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3414 {
3415         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3416                 return false;
3417
3418         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3419                 return true;
3420         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3421                 return true;
3422         if (!in_interrupt() &&
3423                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3424                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3425                 return true;
3426
3427         return false;
3428 }
3429
3430 /*
3431  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3432  * is consider as the only way to move forward.
3433  */
3434 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3435
3436 /*
3437  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3438  * for the given allocation request.
3439  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3440  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3441  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3442  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3443  * no_progress_loops).
3444  *
3445  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3446  */
3447 static inline bool
3448 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3449                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3450                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3451 {
3452         struct zone *zone;
3453         struct zoneref *z;
3454
3455         /*
3456          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3457          * their order will become available due to high fragmentation so
3458          * always increment the no progress counter for them
3459          */
3460         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3461                 *no_progress_loops = 0;
3462         else
3463                 (*no_progress_loops)++;
3464
3465         /*
3466          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3467          * several times in the row.
3468          */
3469         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3470                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3471                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3472         }
3473
3474         /*
3475          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3476          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3477          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3478          * screwed and have to go OOM.
3479          */
3480         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3481                                         ac->nodemask) {
3482                 unsigned long available;
3483                 unsigned long reclaimable;
3484                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3485                 bool wmark;
3486
3487                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3488                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3489                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3490                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3491
3492                 /*
3493                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3494                  * available?
3495                  */
3496                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3497                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3498                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3499                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3500                 if (wmark) {
3501                         /*
3502                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3503                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3504                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3505                          * prevent from pre mature OOM
3506                          */
3507                         if (!did_some_progress) {
3508                                 unsigned long write_pending;
3509
3510                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3511                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3512
3513                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3514                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3515                                         return true;
3516                                 }
3517                         }
3518
3519                         /*
3520                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3521                          * context and the current implementation of the WQ
3522                          * concurrency control doesn't recognize that
3523                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3524                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3525                          * do a short sleep here rather than calling
3526                          * cond_resched().
3527                          */
3528                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3529                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3530                         else
3531                                 cond_resched();
3532
3533                         return true;
3534                 }
3535         }
3536
3537         return false;
3538 }
3539
3540 static inline struct page *
3541 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3542                                                 struct alloc_context *ac)
3543 {
3544         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3545         struct page *page = NULL;
3546         unsigned int alloc_flags;
3547         unsigned long did_some_progress;
3548         enum compact_priority compact_priority;
3549         enum compact_result compact_result;
3550         int compaction_retries;
3551         int no_progress_loops;
3552         unsigned long alloc_start = jiffies;
3553         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3554         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3555
3556         /*
3557          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3558          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3559          * be using allocators in order of preference for an area that is
3560          * too large.
3561          */
3562         if (order >= MAX_ORDER) {
3563                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3564                 return NULL;
3565         }
3566
3567         /*
3568          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3569          * callers that are not in atomic context.
3570          */
3571         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3572                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3573                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3574
3575 retry_cpuset:
3576         compaction_retries = 0;
3577         no_progress_loops = 0;
3578         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3579         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3580         /*
3581          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3582          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3583          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3584          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3585          */
3586         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3587                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3588         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3589                 goto nopage;
3590
3591
3592         /*
3593          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3594          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3595          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3596          */
3597         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3598
3599         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3600                 wake_all_kswapds(order, ac);
3601
3602         /*
3603          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3604          * that first
3605          */
3606         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3607         if (page)
3608                 goto got_pg;
3609
3610         /*
3611          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3612          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3613          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3614          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3615          */
3616         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3617                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3618                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3619                                                 alloc_flags, ac,
3620                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3621                                                 &compact_result);
3622                 if (page)
3623                         goto got_pg;
3624
3625                 /*
3626                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3627                  * includes THP page fault allocations
3628                  */
3629                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3630                         /*
3631                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3632                          * it is because sync compaction recently failed. If
3633                          * this is the case and the caller requested a THP
3634                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3635                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3636                          * direct reclaim.
3637                          */
3638                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3639                                 goto nopage;
3640
3641                         /*
3642                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3643                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3644                          * using async compaction.
3645                          */
3646                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3647                 }
3648         }
3649
3650 retry:
3651         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3652         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3653                 wake_all_kswapds(order, ac);
3654
3655         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3656                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3657
3658         /*
3659          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3660          * These allocations are high priority and system rather than user
3661          * orientated.
3662          */
3663         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3664                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3665                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3666                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3667         }
3668
3669         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3670         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3671         if (page)
3672                 goto got_pg;
3673
3674         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3675         if (!can_direct_reclaim) {
3676                 /*
3677                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3678                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3679                  * to fail.
3680                  */
3681                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3682                 goto nopage;
3683         }
3684
3685         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3686         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3687                 /*
3688                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3689                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3690                  * for somebody to do a work for us.
3691                  */
3692                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3693                         cond_resched();
3694                         goto retry;
3695                 }
3696                 goto nopage;
3697         }
3698
3699         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3700         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3701                 goto nopage;
3702
3703
3704         /* Try direct reclaim and then allocating */
3705         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3706                                                         &did_some_progress);
3707         if (page)
3708                 goto got_pg;
3709
3710         /* Try direct compaction and then allocating */
3711         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3712                                         compact_priority, &compact_result);
3713         if (page)
3714                 goto got_pg;
3715
3716         /* Do not loop if specifically requested */
3717         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3718                 goto nopage;
3719
3720         /*
3721          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3722          * __GFP_REPEAT
3723          */
3724         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3725                 goto nopage;
3726
3727         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3728         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3729                 warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3730                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3731                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3732                 stall_timeout += 10 * HZ;
3733         }
3734
3735         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3736                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3737                 goto retry;
3738
3739         /*
3740          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3741          * reclaim is not able to make any progress because the current
3742          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3743          * of free memory (see __compaction_suitable)
3744          */
3745         if (did_some_progress > 0 &&
3746                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3747                                 compact_result, &compact_priority,
3748                                 &compaction_retries))
3749                 goto retry;
3750
3751         /*
3752          * It's possible we raced with cpuset update so the OOM would be
3753          * premature (see below the nopage: label for full explanation).
3754          */
3755         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3756                 goto retry_cpuset;
3757
3758         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3759         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3760         if (page)
3761                 goto got_pg;
3762
3763         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3764         if (did_some_progress) {
3765                 no_progress_loops = 0;
3766                 goto retry;
3767         }
3768
3769 nopage:
3770         /*
3771          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3772          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3773          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3774          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3775          * retry.
3776          */
3777         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3778                 goto retry_cpuset;
3779
3780         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
3781                         "page allocation failure: order:%u", order);
3782 got_pg:
3783         return page;
3784 }
3785
3786 /*
3787  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3788  */
3789 struct page *
3790 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3791                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3792 {
3793         struct page *page;
3794         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3795         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3796         struct alloc_context ac = {
3797                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3798                 .zonelist = zonelist,
3799                 .nodemask = nodemask,
3800                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3801         };
3802
3803         if (cpusets_enabled()) {
3804                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3805                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3806                 if (!ac.nodemask)
3807                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3808         }
3809
3810         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3811
3812         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3813
3814         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3815
3816         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3817                 return NULL;
3818
3819         /*
3820          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3821          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3822          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3823          */
3824         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3825                 return NULL;
3826
3827         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3828                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3829
3830         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3831         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3832
3833         /*
3834          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3835          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3836          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3837          */
3838         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3839                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3840         if (!ac.preferred_zoneref->zone) {
3841                 page = NULL;
3842                 /*
3843                  * This might be due to race with cpuset_current_mems_allowed
3844                  * update, so make sure we retry with original nodemask in the
3845                  * slow path.
3846                  */
3847                 goto no_zone;
3848         }
3849
3850         /* First allocation attempt */
3851         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3852         if (likely(page))
3853                 goto out;
3854
3855 no_zone:
3856         /*
3857          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3858          * because I/O on the device might not complete.
3859          */
3860         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3861         ac.spread_dirty_pages = false;
3862
3863         /*
3864          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3865          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3866          */
3867         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
3868                 ac.nodemask = nodemask;
3869
3870         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3871
3872 out:
3873         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3874             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3875                 __free_pages(page, order);
3876                 page = NULL;
3877         }
3878
3879         if (kmemcheck_enabled && page)
3880                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3881
3882         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3883
3884         return page;
3885 }
3886 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3887
3888 /*
3889  * Common helper functions.
3890  */
3891 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3892 {
3893         struct page *page;
3894
3895         /*
3896          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3897          * a highmem page
3898          */
3899         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3900
3901         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3902         if (!page)
3903                 return 0;
3904         return (unsigned long) page_address(page);
3905 }
3906 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3907
3908 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3909 {
3910         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3911 }
3912 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3913
3914 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3915 {
3916         if (put_page_testzero(page)) {
3917                 if (order == 0)
3918                         free_hot_cold_page(page, false);
3919                 else
3920                         __free_pages_ok(page, order);
3921         }
3922 }
3923
3924 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3925
3926 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3927 {
3928         if (addr != 0) {
3929                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3930                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3931         }
3932 }
3933
3934 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3935
3936 /*
3937  * Page Fragment:
3938  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3939  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3940  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3941  *
3942  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3943  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3944  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3945  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3946  */
3947 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
3948                                              gfp_t gfp_mask)
3949 {
3950         struct page *page = NULL;
3951         gfp_t gfp = gfp_mask;
3952
3953 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3954         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3955                     __GFP_NOMEMALLOC;
3956         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3957                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3958         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3959 #endif
3960         if (unlikely(!page))
3961                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3962
3963         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3964
3965         return page;
3966 }
3967
3968 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
3969 {
3970         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
3971
3972         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
3973                 unsigned int order = compound_order(page);
3974
3975                 if (order == 0)
3976                         free_hot_cold_page(page, false);
3977                 else
3978                         __free_pages_ok(page, order);
3979         }
3980 }
3981 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
3982
3983 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
3984                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3985 {
3986         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3987         struct page *page;
3988         int offset;
3989
3990         if (unlikely(!nc->va)) {
3991 refill:
3992                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
3993                 if (!page)
3994                         return NULL;
3995
3996 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3997                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3998                 size = nc->size;
3999 #endif
4000                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4001                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4002                  */
4003                 page_ref_add(page, size - 1);
4004
4005                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4006                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4007                 nc->pagecnt_bias = size;
4008                 nc->offset = size;
4009         }
4010
4011         offset = nc->offset - fragsz;
4012         if (unlikely(offset < 0)) {
4013                 page = virt_to_page(nc->va);
4014
4015                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4016                         goto refill;
4017
4018 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4019                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4020                 size = nc->size;
4021 #endif
4022                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4023                 set_page_count(page, size);
4024
4025                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4026                 nc->pagecnt_bias = size;
4027                 offset = size - fragsz;
4028         }
4029
4030         nc->pagecnt_bias--;
4031         nc->offset = offset;
4032
4033         return nc->va + offset;
4034 }
4035 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4036
4037 /*
4038  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4039  */
4040 void page_frag_free(void *addr)
4041 {
4042         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4043
4044         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4045                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4046 }
4047 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4048
4049 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4050                 size_t size)
4051 {
4052         if (addr) {
4053                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4054                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4055
4056                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4057                 while (used < alloc_end) {
4058                         free_page(used);
4059                         used += PAGE_SIZE;
4060                 }
4061         }
4062         return (void *)addr;
4063 }
4064
4065 /**
4066  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4067  * @size: the number of bytes to allocate
4068  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4069  *
4070  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4071  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4072  * allocate memory in power-of-two pages.
4073  *
4074  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4075  *
4076  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4077  */
4078 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4079 {
4080         unsigned int order = get_order(size);
4081         unsigned long addr;
4082
4083         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4084         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4085 }
4086 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4087
4088 /**
4089  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4090  *                         pages on a node.
4091  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4092  * @size: the number of bytes to allocate
4093  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4094  *
4095  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4096  * back.
4097  */
4098 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4099 {
4100         unsigned int order = get_order(size);
4101         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4102         if (!p)
4103                 return NULL;
4104         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4105 }
4106
4107 /**
4108  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4109  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4110  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4111  *
4112  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4113  */
4114 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4115 {
4116         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4117         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4118
4119         while (addr < end) {
4120                 free_page(addr);
4121                 addr += PAGE_SIZE;
4122         }
4123 }
4124 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4125
4126 /**
4127  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4128  * @offset: The zone index of the highest zone
4129  *
4130  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4131  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4132  * zone, the number of pages is calculated as:
4133  *     managed_pages - high_pages
4134  */
4135 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4136 {
4137         struct zoneref *z;
4138         struct zone *zone;
4139
4140         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4141         unsigned long sum = 0;
4142
4143         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4144
4145         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4146                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4147                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4148                 if (size > high)
4149                         sum += size - high;
4150         }
4151
4152         return sum;
4153 }
4154
4155 /**
4156  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4157  *
4158  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4159  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4160  */
4161 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4162 {
4163         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4164 }
4165 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4166
4167 /**
4168  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4169  *
4170  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4171  * high watermark within all zones.
4172  */
4173 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4174 {
4175         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4176 }
4177
4178 static inline void show_node(struct zone *zone)
4179 {
4180         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4181                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4182 }
4183
4184 long si_mem_available(void)
4185 {
4186         long available;
4187         unsigned long pagecache;
4188         unsigned long wmark_low = 0;
4189         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4190         struct zone *zone;
4191         int lru;
4192
4193         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4194                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4195
4196         for_each_zone(zone)
4197                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4198
4199         /*
4200          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4201          * without causing swapping.
4202          */
4203         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4204
4205         /*
4206          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4207          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4208          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4209          */
4210         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4211         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4212         available += pagecache;
4213
4214         /*
4215          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4216          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4217          */
4218         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4219                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4220
4221         if (available < 0)
4222                 available = 0;
4223         return available;
4224 }
4225 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4226
4227 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4228 {
4229         val->totalram = totalram_pages;
4230         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4231         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4232         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4233         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4234         val->freehigh = nr_free_highpages();
4235         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4236 }
4237
4238 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4239
4240 #ifdef CONFIG_NUMA
4241 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4242 {
4243         int zone_type;          /* needs to be signed */
4244         unsigned long managed_pages = 0;
4245         unsigned long managed_highpages = 0;
4246         unsigned long free_highpages = 0;
4247         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4248
4249         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4250                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4251         val->totalram = managed_pages;
4252         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4253         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4254 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4255         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4256                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4257
4258                 if (is_highmem(zone)) {
4259                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4260                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4261                 }
4262         }
4263         val->totalhigh = managed_highpages;
4264         val->freehigh = free_highpages;
4265 #else
4266         val->totalhigh = managed_highpages;
4267         val->freehigh = free_highpages;
4268 #endif
4269         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4270 }
4271 #endif
4272
4273 /*
4274  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4275  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4276  */
4277 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4278 {
4279         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4280                 return false;
4281
4282         /*
4283          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4284          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4285          * have to be precise here.
4286          */
4287         if (!nodemask)
4288                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4289
4290         return !node_isset(nid, *nodemask);
4291 }
4292
4293 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4294
4295 static void show_migration_types(unsigned char type)
4296 {
4297         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4298                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4299                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4300                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4301                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4302 #ifdef CONFIG_CMA
4303                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4304 #endif
4305 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4306                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4307 #endif
4308         };
4309         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4310         char *p = tmp;
4311         int i;
4312
4313         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4314                 if (type & (1 << i))
4315                         *p++ = types[i];
4316         }
4317
4318         *p = '\0';
4319         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4320 }
4321
4322 /*
4323  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4324  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4325  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4326  *
4327  * Bits in @filter:
4328  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4329  *   cpuset.
4330  */
4331 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4332 {
4333         unsigned long free_pcp = 0;
4334         int cpu;
4335         struct zone *zone;
4336         pg_data_t *pgdat;
4337
4338         for_each_populated_zone(zone) {
4339                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4340                         continue;
4341
4342                 for_each_online_cpu(cpu)
4343                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4344         }
4345
4346         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4347                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4348                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4349                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4350                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4351                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4352                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4353                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4354                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4355                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4356                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4357                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4358                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4359                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4360                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4361                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4362                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4363                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4364                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4365                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4366                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4367                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4368                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4369                 free_pcp,
4370                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4371
4372         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4373                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4374                         continue;
4375
4376                 printk("Node %d"
4377                         " active_anon:%lukB"
4378                         " inactive_anon:%lukB"
4379                         " active_file:%lukB"
4380                         " inactive_file:%lukB"
4381                         " unevictable:%lukB"
4382                         " isolated(anon):%lukB"
4383                         " isolated(file):%lukB"
4384                         " mapped:%lukB"
4385                         " dirty:%lukB"
4386                         " writeback:%lukB"
4387                         " shmem:%lukB"
4388 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4389                         " shmem_thp: %lukB"
4390                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4391                         " anon_thp: %lukB"
4392 #endif
4393                         " writeback_tmp:%lukB"
4394                         " unstable:%lukB"
4395                         " pages_scanned:%lu"
4396                         " all_unreclaimable? %s"
4397                         "\n",
4398                         pgdat->node_id,
4399                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4400                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4401                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4402                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4403                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4404                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4405                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4406                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4407                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4408                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4409 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4410                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4411                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4412                                         * HPAGE_PMD_NR),
4413                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4414 #endif
4415                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4416                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4417                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4418                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4419                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4420         }
4421
4422         for_each_populated_zone(zone) {
4423                 int i;
4424
4425                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4426                         continue;
4427
4428                 free_pcp = 0;
4429                 for_each_online_cpu(cpu)
4430                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4431
4432                 show_node(zone);
4433                 printk(KERN_CONT
4434                         "%s"
4435                         " free:%lukB"
4436                         " min:%lukB"
4437                         " low:%lukB"
4438                         " high:%lukB"
4439                         " active_anon:%lukB"
4440                         " inactive_anon:%lukB"
4441                         " active_file:%lukB"
4442                         " inactive_file:%lukB"
4443                         " unevictable:%lukB"
4444                         " writepending:%lukB"
4445                         " present:%lukB"
4446                         " managed:%lukB"
4447                         " mlocked:%lukB"
4448                         " slab_reclaimable:%lukB"
4449                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4450                         " kernel_stack:%lukB"
4451                         " pagetables:%lukB"
4452                         " bounce:%lukB"
4453                         " free_pcp:%lukB"
4454                         " local_pcp:%ukB"
4455                         " free_cma:%lukB"
4456                         "\n",
4457                         zone->name,
4458                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4459                         K(min_wmark_pages(zone)),
4460                         K(low_wmark_pages(zone)),
4461                         K(high_wmark_pages(zone)),
4462                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4463                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4464                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4465                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4466                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4467                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4468                         K(zone->present_pages),
4469                         K(zone->managed_pages),
4470                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4471                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4472                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4473                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4474                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4475                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4476                         K(free_pcp),
4477                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4478                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4479                 printk("lowmem_reserve[]:");
4480                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4481                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4482                 printk(KERN_CONT "\n");
4483         }
4484
4485         for_each_populated_zone(zone) {
4486                 unsigned int order;
4487                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4488                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4489
4490                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4491                         continue;
4492                 show_node(zone);
4493                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4494
4495                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4496                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4497                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4498                         int type;
4499
4500                         nr[order] = area->nr_free;
4501                         total += nr[order] << order;
4502
4503                         types[order] = 0;
4504                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4505                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4506                                         types[order] |= 1 << type;
4507                         }
4508                 }
4509                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4510                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4511                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4512                                nr[order], K(1UL) << order);
4513                         if (nr[order])
4514                                 show_migration_types(types[order]);
4515                 }
4516                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4517         }
4518
4519         hugetlb_show_meminfo();
4520
4521         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4522
4523         show_swap_cache_info();
4524 }
4525
4526 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4527 {
4528         zoneref->zone = zone;
4529         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4530 }
4531
4532 /*
4533  * Builds allocation fallback zone lists.
4534  *
4535  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4536  */
4537 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4538                                 int nr_zones)
4539 {
4540         struct zone *zone;
4541         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4542
4543         do {
4544                 zone_type--;
4545                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4546                 if (managed_zone(zone)) {
4547                         zoneref_set_zone(zone,
4548                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4549                         check_highest_zone(zone_type);
4550                 }
4551         } while (zone_type);
4552
4553         return nr_zones;
4554 }
4555
4556
4557 /*
4558  *  zonelist_order:
4559  *  0 = automatic detection of better ordering.
4560  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4561  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4562  *
4563  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4564  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4565  */
4566 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4567 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4568 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4569
4570 /* zonelist order in the kernel.
4571  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4572  */
4573 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4574 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4575
4576
4577 #ifdef CONFIG_NUMA
4578 /* The value user specified ....changed by config */
4579 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4580 /* string for sysctl */
4581 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4582 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4583
4584 /*
4585  * interface for configure zonelist ordering.
4586  * command line option "numa_zonelist_order"
4587  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4588  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4589  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4590  */
4591
4592 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4593 {
4594         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4595                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4596         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4597                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4598         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4599                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4600         } else {
4601                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4602                 return -EINVAL;
4603         }
4604         return 0;
4605 }
4606
4607 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4608 {
4609         int ret;
4610
4611         if (!s)
4612                 return 0;
4613
4614         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4615         if (ret == 0)
4616                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4617
4618         return ret;
4619 }
4620 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4621
4622 /*
4623  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4624  */
4625 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4626                 void __user *buffer, size_t *length,
4627                 loff_t *ppos)
4628 {
4629         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4630         int ret;
4631         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4632
4633         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4634         if (write) {
4635                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4636                         ret = -EINVAL;
4637                         goto out;
4638                 }
4639                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4640         }
4641         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4642         if (ret)
4643                 goto out;
4644         if (write) {
4645                 int oldval = user_zonelist_order;
4646
4647                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4648                 if (ret) {
4649                         /*
4650                          * bogus value.  restore saved string
4651                          */
4652                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4653                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4654                         user_zonelist_order = oldval;
4655                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4656                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4657                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4658                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4659                 }
4660         }
4661 out:
4662         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4663         return ret;
4664 }
4665
4666
4667 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4668 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4669
4670 /**
4671  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4672  * @node: node whose fallback list we're appending
4673  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4674  *
4675  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4676  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4677  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4678  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4679  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4680  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4681  * on them otherwise.
4682  * It returns -1 if no node is found.
4683  */
4684 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4685 {
4686         int n, val;
4687         int min_val = INT_MAX;
4688         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4689         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4690
4691         /* Use the local node if we haven't already */
4692         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4693                 node_set(node, *used_node_mask);
4694                 return node;
4695         }
4696
4697         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4698
4699                 /* Don't want a node to appear more than once */
4700                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4701                         continue;
4702
4703                 /* Use the distance array to find the distance */
4704                 val = node_distance(node, n);
4705
4706                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4707                 val += (n < node);
4708
4709                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4710                 tmp = cpumask_of_node(n);
4711                 if (!cpumask_empty(tmp))
4712                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4713
4714                 /* Slight preference for less loaded node */
4715                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4716                 val += node_load[n];
4717
4718                 if (val < min_val) {
4719                         min_val = val;
4720                         best_node = n;
4721                 }
4722         }
4723
4724         if (best_node >= 0)
4725                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4726
4727         return best_node;
4728 }
4729
4730
4731 /*
4732  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4733  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4734  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4735  */
4736 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4737 {
4738         int j;
4739         struct zonelist *zonelist;
4740
4741         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4742         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4743                 ;
4744         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4745         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4746         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4747 }
4748
4749 /*
4750  * Build gfp_thisnode zonelists
4751  */
4752 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4753 {
4754         int j;
4755         struct zonelist *zonelist;
4756
4757         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4758         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4759         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4760         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4761 }
4762
4763 /*
4764  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4765  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4766  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4767  * may still exist in local DMA zone.
4768  */
4769 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4770
4771 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4772 {
4773         int pos, j, node;
4774         int zone_type;          /* needs to be signed */
4775         struct zone *z;
4776         struct zonelist *zonelist;
4777
4778         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4779         pos = 0;
4780         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4781                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4782                         node = node_order[j];
4783                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4784                         if (managed_zone(z)) {
4785                                 zoneref_set_zone(z,
4786                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4787                                 check_highest_zone(zone_type);
4788                         }
4789                 }
4790         }
4791         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4792         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4793 }
4794
4795 #if defined(CONFIG_64BIT)
4796 /*
4797  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4798  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4799  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4800  */
4801 static int default_zonelist_order(void)
4802 {
4803         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4804 }
4805 #else
4806 /*
4807  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4808  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4809  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4810  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4811  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4812  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4813  */
4814 static int default_zonelist_order(void)
4815 {
4816         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4817 }
4818 #endif /* CONFIG_64BIT */
4819
4820 static void set_zonelist_order(void)
4821 {
4822         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4823                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4824         else
4825                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4826 }
4827
4828 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4829 {
4830         int i, node, load;
4831         nodemask_t used_mask;
4832         int local_node, prev_node;
4833         struct zonelist *zonelist;
4834         unsigned int order = current_zonelist_order;
4835
4836         /* initialize zonelists */
4837         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4838                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4839                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4840                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4841         }
4842
4843         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4844         local_node = pgdat->node_id;
4845         load = nr_online_nodes;
4846         prev_node = local_node;
4847         nodes_clear(used_mask);
4848
4849         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4850         i = 0;
4851
4852         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4853                 /*
4854                  * We don't want to pressure a particular node.
4855                  * So adding penalty to the first node in same
4856                  * distance group to make it round-robin.
4857                  */
4858                 if (node_distance(local_node, node) !=
4859                     node_distance(local_node, prev_node))
4860                         node_load[node] = load;
4861
4862                 prev_node = node;
4863                 load--;
4864                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4865                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4866                 else
4867                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4868         }
4869
4870         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4871                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4872                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4873         }
4874
4875         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4876 }
4877
4878 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4879 /*
4880  * Return node id of node used for "local" allocations.
4881  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4882  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4883  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4884  */
4885 int local_memory_node(int node)
4886 {
4887         struct zoneref *z;
4888
4889         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4890                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4891                                    NULL);
4892         return z->zone->node;
4893 }
4894 #endif
4895
4896 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4897 static void setup_min_slab_ratio(void);
4898 #else   /* CONFIG_NUMA */
4899
4900 static void set_zonelist_order(void)
4901 {
4902         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4903 }
4904
4905 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4906 {
4907         int node, local_node;
4908         enum zone_type j;
4909         struct zonelist *zonelist;
4910
4911         local_node = pgdat->node_id;
4912
4913         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4914         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4915
4916         /*
4917          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4918          * of all the other nodes.
4919          * We don't want to pressure a particular node, so when
4920          * building the zones for node N, we make sure that the
4921          * zones coming right after the local ones are those from
4922          * node N+1 (modulo N)
4923          */
4924         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4925                 if (!node_online(node))
4926                         continue;
4927                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4928         }
4929         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4930                 if (!node_online(node))
4931                         continue;
4932                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4933         }
4934
4935         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4936         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4937 }
4938
4939 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4940
4941 /*
4942  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4943  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4944  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4945  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4946  * with interrupts disabled.
4947  *
4948  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4949  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4950  * hotplugged processors.
4951  *
4952  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4953  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4954  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4955  */
4956 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4957 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4958 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4959
4960 /*
4961  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4962  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4963  */
4964 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4965
4966 /* return values int ....just for stop_machine() */
4967 static int __build_all_zonelists(void *data)
4968 {
4969         int nid;
4970         int cpu;
4971         pg_data_t *self = data;
4972
4973 #ifdef CONFIG_NUMA
4974         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4975 #endif
4976
4977         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4978                 build_zonelists(self);
4979         }
4980
4981         for_each_online_node(nid) {
4982                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4983
4984                 build_zonelists(pgdat);
4985         }
4986
4987         /*
4988          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4989          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4990          * each zone will be allocated later when the per cpu
4991          * allocator is available.
4992          *
4993          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4994          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4995          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4996          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4997          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4998          * (a chicken-egg dilemma).
4999          */
5000         for_each_possible_cpu(cpu) {
5001                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5002
5003 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5004                 /*
5005                  * We now know the "local memory node" for each node--
5006                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5007                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5008                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5009                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5010                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5011                  */
5012                 if (cpu_online(cpu))
5013                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5014 #endif
5015         }
5016
5017         return 0;
5018 }
5019
5020 static noinline void __init
5021 build_all_zonelists_init(void)
5022 {
5023         __build_all_zonelists(NULL);
5024         mminit_verify_zonelist();
5025         cpuset_init_current_mems_allowed();
5026 }
5027
5028 /*
5029  * Called with zonelists_mutex held always
5030  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5031  *
5032  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5033  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5034  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5035  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5036  */
5037 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5038 {
5039         set_zonelist_order();
5040
5041         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5042                 build_all_zonelists_init();
5043         } else {
5044 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5045                 if (zone)
5046                         setup_zone_pageset(zone);
5047 #endif
5048                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5049                    of zonelist */
5050                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5051                 /* cpuset refresh routine should be here */
5052         }
5053         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5054         /*
5055          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5056          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5057          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5058          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5059          * disabled and enable it later
5060          */
5061         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5062                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5063         else
5064                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5065
5066         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5067                 nr_online_nodes,
5068                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5069                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5070                 vm_total_pages);
5071 #ifdef CONFIG_NUMA
5072         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5073 #endif
5074 }
5075
5076 /*
5077  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5078  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5079  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5080  */
5081 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5082                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5083 {
5084         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5085         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5086         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5087         unsigned long pfn;
5088         unsigned long nr_initialised = 0;
5089 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5090         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5091 #endif
5092
5093         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5094                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5095
5096         /*
5097          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5098          * memory
5099          */
5100         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5101                 start_pfn += altmap->reserve;
5102
5103         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5104                 /*
5105                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5106                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5107                  */
5108                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5109                         goto not_early;
5110
5111                 if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5112 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5113                         /*
5114                          * Skip to the pfn preceding the next valid one (or
5115                          * end_pfn), such that we hit a valid pfn (or end_pfn)
5116                          * on our next iteration of the loop.
5117                          */
5118                         pfn = memblock_next_valid_pfn(pfn, end_pfn) - 1;
5119 #endif
5120                         continue;
5121                 }
5122                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5123                         continue;
5124                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5125                         break;
5126
5127 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5128                 /*
5129                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5130                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5131                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5132                  */
5133                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5134                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5135                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5136                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5137                                                 break;
5138                                 r = tmp;
5139                         }
5140                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5141                             memblock_is_mirror(r)) {
5142                                 /* already initialized as NORMAL */
5143                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5144                                 continue;
5145                         }
5146                 }
5147 #endif
5148
5149 not_early:
5150                 /*
5151                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5152                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5153                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5154                  * the address space during boot when many long-lived
5155                  * kernel allocations are made.
5156                  *
5157                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5158                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5159                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5160                  * pfn out of zone.
5161                  */
5162                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5163                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5164
5165                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5166                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5167                 } else {
5168                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5169                 }
5170         }
5171 }
5172
5173 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5174 {
5175         unsigned int order, t;
5176         for_each_migratetype_order(order, t) {
5177                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5178                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5179         }
5180 }
5181
5182 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5183 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5184         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5185 #endif
5186
5187 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5188 {
5189 #ifdef CONFIG_MMU
5190         int batch;
5191
5192         /*
5193          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5194          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5195          *
5196          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5197          */
5198         batch = zone->managed_pages / 1024;
5199         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5200                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5201         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5202         if (batch < 1)
5203                 batch = 1;
5204
5205         /*
5206          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5207          * of 2 value was found to be more likely to have
5208          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5209          *
5210          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5211          * batches of pages, one task can end up with a lot
5212          * of pages of one half of the possible page colors
5213          * and the other with pages of the other colors.
5214          */
5215         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5216
5217         return batch;
5218
5219 #else
5220         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5221          * conditions.
5222          *
5223          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5224          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5225          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5226          *
5227          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5228          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5229          * can be a significant delay between the individual batches being
5230          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5231          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5232          */
5233         return 0;
5234 #endif
5235 }
5236
5237 /*
5238  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5239  * ->batch must never be higher then ->high.
5240  * The following function updates them in a safe manner without read side
5241  * locking.
5242  *
5243  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5244  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5245  *
5246  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5247  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5248  * exist).
5249  */
5250 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5251                 unsigned long batch)
5252 {
5253        /* start with a fail safe value for batch */
5254         pcp->batch = 1;
5255         smp_wmb();
5256
5257        /* Update high, then batch, in order */
5258         pcp->high = high;
5259         smp_wmb();
5260
5261         pcp->batch = batch;
5262 }
5263
5264 /* a companion to pageset_set_high() */
5265 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5266 {
5267         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5268 }
5269
5270 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5271 {
5272         struct per_cpu_pages *pcp;
5273         int migratetype;
5274
5275         memset(p, 0, sizeof(*p));
5276
5277         pcp = &p->pcp;
5278         pcp->count = 0;
5279         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5280                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5281 }
5282
5283 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5284 {
5285         pageset_init(p);
5286         pageset_set_batch(p, batch);
5287 }
5288
5289 /*
5290  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5291  * to the value high for the pageset p.
5292  */
5293 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5294                                 unsigned long high)
5295 {
5296         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5297         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5298                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5299
5300         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5301 }
5302
5303 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5304                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5305 {
5306         if (percpu_pagelist_fraction)
5307                 pageset_set_high(pcp,
5308                         (zone->managed_pages /
5309                                 percpu_pagelist_fraction));
5310         else
5311                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5312 }
5313
5314 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5315 {
5316         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5317
5318         pageset_init(pcp);
5319         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5320 }
5321
5322 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5323 {
5324         int cpu;
5325         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5326         for_each_possible_cpu(cpu)
5327                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5328 }
5329
5330 /*
5331  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5332  * Before this call only boot pagesets were available.
5333  */
5334 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5335 {
5336         struct pglist_data *pgdat;
5337         struct zone *zone;
5338
5339         for_each_populated_zone(zone)
5340                 setup_zone_pageset(zone);
5341
5342         for_each_online_pgdat(pgdat)
5343                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5344                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5345 }
5346
5347 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5348 {
5349         /*
5350          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5351          * relies on the ability of the linker to provide the
5352          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5353          */
5354         zone->pageset = &boot_pageset;
5355
5356         if (populated_zone(zone))
5357                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5358                         zone->name, zone->present_pages,
5359                                          zone_batchsize(zone));
5360 }
5361
5362 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5363                                         unsigned long zone_start_pfn,
5364                                         unsigned long size)
5365 {
5366         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5367
5368         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5369
5370         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5371
5372         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5373                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5374                         pgdat->node_id,
5375                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5376                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5377
5378         zone_init_free_lists(zone);
5379         zone->initialized = 1;
5380
5381         return 0;
5382 }
5383
5384 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5385 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5386
5387 /*
5388  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5389  */
5390 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5391                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5392 {
5393         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5394         int nid;
5395
5396         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5397                 return state->last_nid;
5398
5399         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5400         if (nid != -1) {
5401                 state->last_start = start_pfn;
5402                 state->last_end = end_pfn;
5403                 state->last_nid = nid;
5404         }
5405
5406         return nid;
5407 }
5408 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5409
5410 /**
5411  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5412  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5413  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5414  *
5415  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5416  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5417  * memblock_free_early_nid() manually.
5418  */
5419 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5420 {
5421         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5422         int i, this_nid;
5423
5424         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5425                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5426                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5427
5428                 if (start_pfn < end_pfn)
5429                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5430                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5431                                         this_nid);
5432         }
5433 }
5434
5435 /**
5436  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5437  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5438  *
5439  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5440  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5441  */
5442 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5443 {
5444         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5445         int i, this_nid;
5446
5447         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5448                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5449 }
5450
5451 /**
5452  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5453  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5454  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5455  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5456  *
5457  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5458  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5459  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5460  * PFNs will be 0.
5461  */
5462 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5463                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5464 {
5465         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5466         int i;
5467
5468         *start_pfn = -1UL;
5469         *end_pfn = 0;
5470
5471         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5472                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5473                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5474         }
5475
5476         if (*start_pfn == -1UL)
5477                 *start_pfn = 0;
5478 }
5479
5480 /*
5481  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5482  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5483  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5484  */
5485 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5486 {
5487         int zone_index;
5488         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5489                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5490                         continue;
5491
5492                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5493                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5494                         break;
5495         }
5496
5497         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5498         movable_zone = zone_index;
5499 }
5500
5501 /*
5502  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5503  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5504  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5505  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5506  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5507  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5508  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5509  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5510  */
5511 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5512                                         unsigned long zone_type,
5513                                         unsigned long node_start_pfn,
5514                                         unsigned long node_end_pfn,
5515                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5516                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5517 {
5518         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5519         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5520                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5521                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5522                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5523                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5524                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5525
5526                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5527                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5528                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5529                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5530                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5531
5532                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5533                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5534                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5535         }
5536 }
5537
5538 /*
5539  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5540  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5541  */
5542 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5543                                         unsigned long zone_type,
5544                                         unsigned long node_start_pfn,
5545                                         unsigned long node_end_pfn,
5546                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5547                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5548                                         unsigned long *ignored)
5549 {
5550         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5551         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5552                 return 0;
5553
5554         /* Get the start and end of the zone */
5555         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5556         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5557         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5558                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5559                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5560
5561         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5562         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5563                 return 0;
5564
5565         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5566         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5567         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5568
5569         /* Return the spanned pages */
5570         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5571 }
5572
5573 /*
5574  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5575  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5576  */
5577 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5578                                 unsigned long range_start_pfn,
5579                                 unsigned long range_end_pfn)
5580 {
5581         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5582         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5583         int i;
5584
5585         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5586                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5587                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5588                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5589         }
5590         return nr_absent;
5591 }
5592
5593 /**
5594  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5595  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5596  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5597  *
5598  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5599  */
5600 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5601                                                         unsigned long end_pfn)
5602 {
5603         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5604 }
5605
5606 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5607 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5608                                         unsigned long zone_type,
5609                                         unsigned long node_start_pfn,
5610                                         unsigned long node_end_pfn,
5611                                         unsigned long *ignored)
5612 {
5613         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5614         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5615         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5616         unsigned long nr_absent;
5617
5618         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5619         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5620                 return 0;
5621
5622         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5623         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5624
5625         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5626                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5627                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5628         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5629
5630         /*
5631          * ZONE_MOVABLE handling.
5632          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5633          * and vice versa.
5634          */
5635         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5636                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5637                 struct memblock_region *r;
5638
5639                 for_each_memblock(memory, r) {
5640                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5641                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5642                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5643                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5644
5645                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5646                             memblock_is_mirror(r))
5647                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5648
5649                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5650                             !memblock_is_mirror(r))
5651                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5652                 }
5653         }
5654
5655         return nr_absent;
5656 }
5657
5658 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5659 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5660                                         unsigned long zone_type,
5661                                         unsigned long node_start_pfn,
5662                                         unsigned long node_end_pfn,
5663                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5664                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5665                                         unsigned long *zones_size)
5666 {
5667         unsigned int zone;
5668
5669         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5670         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5671                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5672
5673         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5674
5675         return zones_size[zone_type];
5676 }
5677
5678 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5679                                                 unsigned long zone_type,
5680                                                 unsigned long node_start_pfn,
5681                                                 unsigned long node_end_pfn,
5682                                                 unsigned long *zholes_size)
5683 {
5684         if (!zholes_size)
5685                 return 0;
5686
5687         return zholes_size[zone_type];
5688 }
5689
5690 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5691
5692 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5693                                                 unsigned long node_start_pfn,
5694                                                 unsigned long node_end_pfn,
5695                                                 unsigned long *zones_size,
5696                                                 unsigned long *zholes_size)
5697 {
5698         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5699         enum zone_type i;
5700
5701         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5702                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5703                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5704                 unsigned long size, real_size;
5705
5706                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5707                                                   node_start_pfn,
5708                                                   node_end_pfn,
5709                                                   &zone_start_pfn,
5710                                                   &zone_end_pfn,
5711                                                   zones_size);
5712                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5713                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5714                                                   zholes_size);
5715                 if (size)
5716                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5717                 else
5718                         zone->zone_start_pfn = 0;
5719                 zone->spanned_pages = size;
5720                 zone->present_pages = real_size;
5721
5722                 totalpages += size;
5723                 realtotalpages += real_size;
5724         }
5725
5726         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5727         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5728         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5729                                                         realtotalpages);
5730 }
5731
5732 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5733 /*
5734  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5735  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5736  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5737  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5738  * bytes.
5739  */
5740 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5741 {
5742         unsigned long usemapsize;
5743
5744         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5745         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5746         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5747         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5748         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5749
5750         return usemapsize / 8;
5751 }
5752
5753 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5754                                 struct zone *zone,
5755                                 unsigned long zone_start_pfn,
5756                                 unsigned long zonesize)
5757 {
5758         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5759         zone->pageblock_flags = NULL;
5760         if (usemapsize)
5761                 zone->pageblock_flags =
5762                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5763                                                          pgdat->node_id);
5764 }
5765 #else
5766 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5767                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5768 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5769
5770 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5771
5772 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5773 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5774 {
5775         unsigned int order;
5776
5777         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5778         if (pageblock_order)
5779                 return;
5780
5781         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5782                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5783         else
5784                 order = MAX_ORDER - 1;
5785
5786         /*
5787          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5788          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5789          * powerpc.
5790          */
5791         pageblock_order = order;
5792 }
5793 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5794
5795 /*
5796  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5797  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5798  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5799  * the kernel config
5800  */
5801 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5802 {
5803 }
5804
5805 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5806
5807 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5808                                                    unsigned long present_pages)
5809 {
5810         unsigned long pages = spanned_pages;
5811
5812         /*
5813          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5814          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5815          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5816          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5817          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5818          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5819          */
5820         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5821             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5822                 pages = present_pages;
5823
5824         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5825 }
5826
5827 /*
5828  * Set up the zone data structures:
5829  *   - mark all pages reserved
5830  *   - mark all memory queues empty
5831  *   - clear the memory bitmaps
5832  *
5833  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5834  */
5835 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5836 {
5837         enum zone_type j;
5838         int nid = pgdat->node_id;
5839         int ret;
5840
5841         pgdat_resize_init(pgdat);
5842 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5843         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5844         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5845         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5846 #endif
5847 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5848         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5849         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5850         pgdat->split_queue_len = 0;
5851 #endif
5852         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5853         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5854 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5855         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5856 #endif
5857         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5858         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5859         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5860
5861         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5862                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5863                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5864                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5865
5866                 size = zone->spanned_pages;
5867                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5868
5869                 /*
5870                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5871                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5872                  * and per-cpu initialisations
5873                  */
5874                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5875                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5876                         if (freesize >= memmap_pages) {
5877                                 freesize -= memmap_pages;
5878                                 if (memmap_pages)
5879                                         printk(KERN_DEBUG
5880                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5881                                                zone_names[j], memmap_pages);
5882                         } else
5883                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5884                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5885                 }
5886
5887                 /* Account for reserved pages */
5888                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5889                         freesize -= dma_reserve;
5890                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5891                                         zone_names[0], dma_reserve);
5892                 }
5893
5894                 if (!is_highmem_idx(j))
5895                         nr_kernel_pages += freesize;
5896                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5897                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5898                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5899                 nr_all_pages += freesize;
5900
5901                 /*
5902                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5903                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5904                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5905                  */
5906                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5907 #ifdef CONFIG_NUMA
5908                 zone->node = nid;
5909 #endif
5910                 zone->name = zone_names[j];
5911                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5912                 spin_lock_init(&zone->lock);
5913                 zone_seqlock_init(zone);
5914                 zone_pcp_init(zone);
5915
5916                 if (!size)
5917                         continue;
5918
5919                 set_pageblock_order();
5920                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5921                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5922                 BUG_ON(ret);
5923                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5924         }
5925 }
5926
5927 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5928 {
5929         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5930         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5931
5932         /* Skip empty nodes */
5933         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5934                 return;
5935
5936 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5937         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5938         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5939         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5940         if (!pgdat->node_mem_map) {
5941                 unsigned long size, end;
5942                 struct page *map;
5943
5944                 /*
5945                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5946                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5947                  * for the buddy allocator to function correctly.
5948                  */
5949                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5950                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5951                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5952                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5953                 if (!map)
5954                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5955                                                                pgdat->node_id);
5956                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5957         }
5958 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5959         /*
5960          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5961          */
5962         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5963                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5964 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5965                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5966                         mem_map -= offset;
5967 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5968         }
5969 #endif
5970 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5971 }
5972
5973 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5974                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5975 {
5976         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5977         unsigned long start_pfn = 0;
5978         unsigned long end_pfn = 0;
5979
5980         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5981         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5982
5983         reset_deferred_meminit(pgdat);
5984         pgdat->node_id = nid;
5985         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5986         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5987 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5988         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5989         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5990                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5991                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5992 #else
5993         start_pfn = node_start_pfn;
5994 #endif
5995         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5996                                   zones_size, zholes_size);
5997
5998         alloc_node_mem_map(pgdat);
5999 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6000         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6001                 nid, (unsigned long)pgdat,
6002                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6003 #endif
6004
6005         free_area_init_core(pgdat);
6006 }
6007
6008 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6009
6010 #if MAX_NUMNODES > 1
6011 /*
6012  * Figure out the number of possible node ids.
6013  */
6014 void __init setup_nr_node_ids(void)
6015 {
6016         unsigned int highest;
6017
6018         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6019         nr_node_ids = highest + 1;
6020 }
6021 #endif
6022
6023 /**
6024  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6025  *
6026  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6027  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6028  * all the nodes.
6029  *
6030  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6031  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6032  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6033  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6034  *
6035  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6036  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6037  * populated node map.
6038  *
6039  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6040  * requirement (single node).
6041  */
6042 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6043 {
6044         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6045         unsigned long start, end, mask;
6046         int last_nid = -1;
6047         int i, nid;
6048
6049         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6050                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6051                         last_nid = nid;
6052                         last_end = end;
6053                         continue;
6054                 }
6055
6056                 /*
6057                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6058                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6059                  * too coarse to separate the current node from the last.
6060                  */
6061                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6062                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6063                         mask <<= 1;
6064
6065                 /* accumulate all internode masks */
6066                 accl_mask |= mask;
6067         }
6068
6069         /* convert mask to number of pages */
6070         return ~accl_mask + 1;
6071 }
6072
6073 /* Find the lowest pfn for a node */
6074 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6075 {
6076         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6077         unsigned long start_pfn;
6078         int i;
6079
6080         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6081                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6082
6083         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6084                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6085                 return 0;
6086         }
6087
6088         return min_pfn;
6089 }
6090
6091 /**
6092  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6093  *
6094  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6095  * memblock_set_node().
6096  */
6097 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6098 {
6099         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6100 }
6101
6102 /*
6103  * early_calculate_totalpages()
6104  * Sum pages in active regions for movable zone.
6105  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6106  */
6107 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6108 {
6109         unsigned long totalpages = 0;
6110         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6111         int i, nid;
6112
6113         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6114                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6115
6116                 totalpages += pages;
6117                 if (pages)
6118                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6119         }
6120         return totalpages;
6121 }
6122
6123 /*
6124  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6125  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6126  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6127  * others
6128  */
6129 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6130 {
6131         int i, nid;
6132         unsigned long usable_startpfn;
6133         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6134         /* save the state before borrow the nodemask */
6135         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6136         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6137         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6138         struct memblock_region *r;
6139
6140         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6141         find_usable_zone_for_movable();
6142
6143         /*
6144          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6145          * options.
6146          */
6147         if (movable_node_is_enabled()) {
6148                 for_each_memblock(memory, r) {
6149                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6150                                 continue;
6151
6152                         nid = r->nid;
6153
6154                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6155                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6156                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6157                                 usable_startpfn;
6158                 }
6159
6160                 goto out2;
6161         }
6162
6163         /*
6164          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6165          */
6166         if (mirrored_kernelcore) {
6167                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6168
6169                 for_each_memblock(memory, r) {
6170                         if (memblock_is_mirror(r))
6171                                 continue;
6172
6173                         nid = r->nid;
6174
6175                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6176
6177                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6178                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6179                                 continue;
6180                         }
6181
6182                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6183                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6184                                 usable_startpfn;
6185                 }
6186
6187                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6188                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6189
6190                 goto out2;
6191         }
6192
6193         /*
6194          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6195          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6196          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6197          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6198          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6199          * what movablecore would have allowed.
6200          */
6201         if (required_movablecore) {
6202                 unsigned long corepages;
6203
6204                 /*
6205                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6206                  * was requested by the user
6207                  */
6208                 required_movablecore =
6209                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6210                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6211                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6212
6213                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6214         }
6215
6216         /*
6217          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6218          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6219          */
6220         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6221                 goto out;
6222
6223         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6224         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6225
6226 restart:
6227         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6228         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6229         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6230                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6231
6232                 /*
6233                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6234                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6235                  * amount of memory for the kernel
6236                  */
6237                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6238                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6239
6240                 /*
6241                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6242                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6243                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6244                  */
6245                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6246
6247                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6248                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6249                         unsigned long size_pages;
6250
6251                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6252                         if (start_pfn >= end_pfn)
6253                                 continue;
6254
6255                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6256                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6257                                 unsigned long kernel_pages;
6258                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6259                                                                 - start_pfn;
6260
6261                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6262                                                         kernelcore_remaining);
6263                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6264                                                         required_kernelcore);
6265
6266                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6267                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6268
6269                                         /*
6270                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6271                                          * that if we have to rebalance
6272                                          * kernelcore across nodes, we will
6273                                          * not double account here
6274                                          */
6275                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6276                                         continue;
6277                                 }
6278                                 start_pfn = usable_startpfn;
6279                         }
6280
6281                         /*
6282                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6283                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6284                          * number of pages used as kernelcore
6285                          */
6286                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6287                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6288                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6289                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6290
6291                         /*
6292                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6293                          * break if the kernelcore for this node has been
6294                          * satisfied
6295                          */
6296                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6297                                                                 size_pages);
6298                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6299                         if (!kernelcore_remaining)
6300                                 break;
6301                 }
6302         }
6303
6304         /*
6305          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6306          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6307          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6308          * satisfied
6309          */
6310         usable_nodes--;
6311         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6312                 goto restart;
6313
6314 out2:
6315         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6316         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6317                 zone_movable_pfn[nid] =
6318                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6319
6320 out:
6321         /* restore the node_state */
6322         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6323 }
6324
6325 /* Any regular or high memory on that node ? */
6326 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6327 {
6328         enum zone_type zone_type;
6329
6330         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6331                 return;
6332
6333         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6334                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6335                 if (populated_zone(zone)) {
6336                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6337                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6338                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6339                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6340                         break;
6341                 }
6342         }
6343 }
6344
6345 /**
6346  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6347  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6348  *
6349  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6350  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6351  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6352  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6353  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6354  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6355  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6356  * at arch_max_dma_pfn.
6357  */
6358 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6359 {
6360         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6361         int i, nid;
6362
6363         /* Record where the zone boundaries are */
6364         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6365                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6366         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6367                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6368
6369         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6370
6371         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6372                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6373                         continue;
6374
6375                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6376                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6377                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6378
6379                 start_pfn = end_pfn;
6380         }
6381         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6382         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6383
6384         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6385         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6386         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6387
6388         /* Print out the zone ranges */
6389         pr_info("Zone ranges:\n");
6390         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6391                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6392                         continue;
6393                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6394                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6395                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6396                         pr_cont("empty\n");
6397                 else
6398                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6399                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6400                                         << PAGE_SHIFT,
6401                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6402                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6403         }
6404
6405         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6406         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6407         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6408                 if (zone_movable_pfn[i])
6409                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6410                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6411         }
6412
6413         /* Print out the early node map */
6414         pr_info("Early memory node ranges\n");
6415         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6416                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6417                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6418                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6419
6420         /* Initialise every node */
6421         mminit_verify_pageflags_layout();
6422         setup_nr_node_ids();
6423         for_each_online_node(nid) {
6424                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6425                 free_area_init_node(nid, NULL,
6426                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6427
6428                 /* Any memory on that node */
6429                 if (pgdat->node_present_pages)
6430                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6431                 check_for_memory(pgdat, nid);
6432         }
6433 }
6434
6435 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6436 {
6437         unsigned long long coremem;
6438         if (!p)
6439                 return -EINVAL;
6440
6441         coremem = memparse(p, &p);
6442         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6443
6444         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6445         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6446
6447         return 0;
6448 }
6449
6450 /*
6451  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6452  * cannot be reclaimed or migrated.
6453  */
6454 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6455 {
6456         /* parse kernelcore=mirror */
6457         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6458                 mirrored_kernelcore = true;
6459                 return 0;
6460         }
6461
6462         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6463 }
6464
6465 /*
6466  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6467  * can be reclaimed or migrated.
6468  */
6469 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6470 {
6471         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6472 }
6473
6474 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6475 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6476
6477 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6478
6479 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6480 {
6481         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6482         page_zone(page)->managed_pages += count;
6483         totalram_pages += count;
6484 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6485         if (PageHighMem(page))
6486                 totalhigh_pages += count;
6487 #endif
6488         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6489 }
6490 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6491
6492 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6493 {
6494         void *pos;
6495         unsigned long pages = 0;
6496
6497         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6498         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6499         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6500                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6501                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6502                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6503         }
6504
6505         if (pages && s)
6506                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6507                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6508
6509         return pages;
6510 }
6511 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6512
6513 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6514 void free_highmem_page(struct page *page)
6515 {
6516         __free_reserved_page(page);
6517         totalram_pages++;
6518         page_zone(page)->managed_pages++;
6519         totalhigh_pages++;
6520 }
6521 #endif
6522
6523
6524 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6525 {
6526         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6527         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6528
6529         physpages = get_num_physpages();
6530         codesize = _etext - _stext;
6531         datasize = _edata - _sdata;
6532         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6533         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6534         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6535         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6536
6537         /*
6538          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6539          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6540          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6541          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6542          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6543          */
6544 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6545         do { \
6546                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6547                         size -= adj; \
6548         } while (0)
6549
6550         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6551                      _sinittext, init_code_size);
6552         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6553         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6554         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6555         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6556
6557 #undef  adj_init_size
6558
6559         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6560 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6561                 ", %luK highmem"
6562 #endif
6563                 "%s%s)\n",
6564                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6565                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6566                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6567                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6568                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6569                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6570 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6571                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6572 #endif
6573                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6574 }
6575
6576 /**
6577  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6578  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6579  *
6580  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6581  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6582  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6583  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6584  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6585  * smaller per-cpu batchsize.
6586  */
6587 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6588 {
6589         dma_reserve = new_dma_reserve;
6590 }
6591
6592 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6593 {
6594         free_area_init_node(0, zones_size,
6595                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6596 }
6597
6598 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6599 {
6600
6601         lru_add_drain_cpu(cpu);
6602         drain_pages(cpu);
6603
6604         /*
6605          * Spill the event counters of the dead processor
6606          * into the current processors event counters.
6607          * This artificially elevates the count of the current
6608          * processor.
6609          */
6610         vm_events_fold_cpu(cpu);
6611
6612         /*
6613          * Zero the differential counters of the dead processor
6614          * so that the vm statistics are consistent.
6615          *
6616          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6617          * race with what we are doing.
6618          */
6619         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6620         return 0;
6621 }
6622
6623 void __init page_alloc_init(void)
6624 {
6625         int ret;
6626
6627         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6628                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6629                                         page_alloc_cpu_dead);
6630         WARN_ON(ret < 0);
6631 }
6632
6633 /*
6634  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6635  *      or min_free_kbytes changes.
6636  */
6637 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6638 {
6639         struct pglist_data *pgdat;
6640         unsigned long reserve_pages = 0;
6641         enum zone_type i, j;
6642
6643         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6644
6645                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6646
6647                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6648                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6649                         long max = 0;
6650
6651                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6652                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6653                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6654                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6655                         }
6656
6657                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6658                         max += high_wmark_pages(zone);
6659
6660                         if (max > zone->managed_pages)
6661                                 max = zone->managed_pages;
6662
6663                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6664
6665                         reserve_pages += max;
6666                 }
6667         }
6668         totalreserve_pages = reserve_pages;
6669 }
6670
6671 /*
6672  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6673  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6674  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6675  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6676  */
6677 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6678 {
6679         struct pglist_data *pgdat;
6680         enum zone_type j, idx;
6681
6682         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6683                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6684                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6685                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6686
6687                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6688
6689                         idx = j;
6690                         while (idx) {
6691                                 struct zone *lower_zone;
6692
6693                                 idx--;
6694
6695                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6696                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6697
6698                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6699                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6700                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6701                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6702                         }
6703                 }
6704         }
6705
6706         /* update totalreserve_pages */
6707         calculate_totalreserve_pages();
6708 }
6709
6710 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6711 {
6712         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6713         unsigned long lowmem_pages = 0;
6714         struct zone *zone;
6715         unsigned long flags;
6716
6717         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6718         for_each_zone(zone) {
6719                 if (!is_highmem(zone))
6720                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6721         }
6722
6723         for_each_zone(zone) {
6724                 u64 tmp;
6725
6726                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6727                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6728                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6729                 if (is_highmem(zone)) {
6730                         /*
6731                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6732                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6733                          * value here.
6734                          *
6735                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6736                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6737                          * not be capped for highmem.
6738                          */
6739                         unsigned long min_pages;
6740
6741                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6742                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6743                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6744                 } else {
6745                         /*
6746                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6747                          * proportionate to the zone's size.
6748                          */
6749                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6750                 }
6751
6752                 /*
6753                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6754                  * scale factor in proportion to available memory, but
6755                  * ensure a minimum size on small systems.
6756                  */
6757                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6758                             mult_frac(zone->managed_pages,
6759                                       watermark_scale_factor, 10000));
6760
6761                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6762                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6763
6764                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6765         }
6766
6767         /* update totalreserve_pages */
6768         calculate_totalreserve_pages();
6769 }
6770
6771 /**
6772  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6773  * or when memory is hot-{added|removed}
6774  *
6775  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6776  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6777  */
6778 void setup_per_zone_wmarks(void)
6779 {
6780         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6781         __setup_per_zone_wmarks();
6782         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6783 }
6784
6785 /*
6786  * Initialise min_free_kbytes.
6787  *
6788  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6789  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6790  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6791  *
6792  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6793  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6794  *
6795  * which yields
6796  *
6797  * 16MB:        512k
6798  * 32MB:        724k
6799  * 64MB:        1024k
6800  * 128MB:       1448k
6801  * 256MB:       2048k
6802  * 512MB:       2896k
6803  * 1024MB:      4096k
6804  * 2048MB:      5792k
6805  * 4096MB:      8192k
6806  * 8192MB:      11584k
6807  * 16384MB:     16384k
6808  */
6809 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6810 {
6811         unsigned long lowmem_kbytes;
6812         int new_min_free_kbytes;
6813
6814         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6815         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6816
6817         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6818                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6819                 if (min_free_kbytes < 128)
6820                         min_free_kbytes = 128;
6821                 if (min_free_kbytes > 65536)
6822                         min_free_kbytes = 65536;
6823         } else {
6824                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6825                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6826         }
6827         setup_per_zone_wmarks();
6828         refresh_zone_stat_thresholds();
6829         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6830
6831 #ifdef CONFIG_NUMA
6832         setup_min_unmapped_ratio();
6833         setup_min_slab_ratio();
6834 #endif
6835
6836         return 0;
6837 }
6838 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6839
6840 /*
6841  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6842  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6843  *      changes.
6844  */
6845 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6846         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6847 {
6848         int rc;
6849
6850         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6851         if (rc)
6852                 return rc;
6853
6854         if (write) {
6855                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6856                 setup_per_zone_wmarks();
6857         }
6858         return 0;
6859 }
6860
6861 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6862         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6863 {
6864         int rc;
6865
6866         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6867         if (rc)
6868                 return rc;
6869
6870         if (write)
6871                 setup_per_zone_wmarks();
6872
6873         return 0;
6874 }
6875
6876 #ifdef CONFIG_NUMA
6877 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6878 {
6879         pg_data_t *pgdat;
6880         struct zone *zone;
6881
6882         for_each_online_pgdat(pgdat)
6883                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6884
6885         for_each_zone(zone)
6886                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6887                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6888 }
6889
6890
6891 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6892         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6893 {
6894         int rc;
6895
6896         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6897         if (rc)
6898                 return rc;
6899
6900         setup_min_unmapped_ratio();
6901
6902         return 0;
6903 }
6904
6905 static void setup_min_slab_ratio(void)
6906 {
6907         pg_data_t *pgdat;
6908         struct zone *zone;
6909
6910         for_each_online_pgdat(pgdat)
6911                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6912
6913         for_each_zone(zone)
6914                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6915                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6916 }
6917
6918 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6919         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6920 {
6921         int rc;
6922
6923         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6924         if (rc)
6925                 return rc;
6926
6927         setup_min_slab_ratio();
6928
6929         return 0;
6930 }
6931 #endif
6932
6933 /*
6934  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6935  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6936  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6937  *
6938  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6939  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6940  * if in function of the boot time zone sizes.
6941  */
6942 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6943         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6944 {
6945         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6946         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6947         return 0;
6948 }
6949
6950 /*
6951  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6952  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6953  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6954  */
6955 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6956         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6957 {
6958         struct zone *zone;
6959         int old_percpu_pagelist_fraction;
6960         int ret;
6961
6962         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6963         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6964
6965         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6966         if (!write || ret < 0)
6967                 goto out;
6968
6969         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6970         if (percpu_pagelist_fraction &&
6971             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6972                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6973                 ret = -EINVAL;
6974                 goto out;
6975         }
6976
6977         /* No change? */
6978         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6979                 goto out;
6980
6981         for_each_populated_zone(zone) {
6982                 unsigned int cpu;
6983
6984                 for_each_possible_cpu(cpu)
6985                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6986                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6987         }
6988 out:
6989         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6990         return ret;
6991 }
6992
6993 #ifdef CONFIG_NUMA
6994 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6995
6996 static int __init set_hashdist(char *str)
6997 {
6998         if (!str)
6999                 return 0;
7000         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7001         return 1;
7002 }
7003 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7004 #endif
7005
7006 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7007 /*
7008  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7009  * is not known to alloc_large_system_hash().
7010  */
7011 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7012 {
7013         return 0;
7014 }
7015 #endif
7016
7017 /*
7018  * allocate a large system hash table from bootmem
7019  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7020  *   quantity of entries
7021  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7022  */
7023 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7024                                      unsigned long bucketsize,
7025                                      unsigned long numentries,
7026                                      int scale,
7027                                      int flags,
7028                                      unsigned int *_hash_shift,
7029                                      unsigned int *_hash_mask,
7030                                      unsigned long low_limit,
7031                                      unsigned long high_limit)
7032 {
7033         unsigned long long max = high_limit;
7034         unsigned long log2qty, size;
7035         void *table = NULL;
7036
7037         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7038         if (!numentries) {
7039                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7040                 numentries = nr_kernel_pages;
7041                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7042
7043                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7044                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7045                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7046
7047                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7048                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7049                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7050                 else
7051                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7052
7053                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7054                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7055                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7056                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7057                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7058                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7059                                 BUG_ON(!numentries);
7060                         }
7061                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7062                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7063         }
7064         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7065
7066         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7067         if (max == 0) {
7068                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7069                 do_div(max, bucketsize);
7070         }
7071         max = min(max, 0x80000000ULL);
7072
7073         if (numentries < low_limit)
7074                 numentries = low_limit;
7075         if (numentries > max)
7076                 numentries = max;
7077
7078         log2qty = ilog2(numentries);
7079
7080         do {
7081                 size = bucketsize << log2qty;
7082                 if (flags & HASH_EARLY)
7083                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7084                 else if (hashdist)
7085                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7086                 else {
7087                         /*
7088                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7089                          * some pages at the end of hash table which
7090                          * alloc_pages_exact() automatically does
7091                          */
7092                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7093                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7094                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7095                         }
7096                 }
7097         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7098
7099         if (!table)
7100                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7101
7102         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7103                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7104
7105         if (_hash_shift)
7106                 *_hash_shift = log2qty;
7107         if (_hash_mask)
7108                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7109
7110         return table;
7111 }
7112
7113 /*
7114  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7115  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7116  *
7117  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7118  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7119  * expect this function should be exact.
7120  */
7121 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7122                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7123 {
7124         unsigned long pfn, iter, found;
7125         int mt;
7126
7127         /*
7128          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7129          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7130          */
7131         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7132                 return false;
7133         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7134         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7135                 return false;
7136
7137         pfn = page_to_pfn(page);
7138         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7139                 unsigned long check = pfn + iter;
7140
7141                 if (!pfn_valid_within(check))
7142                         continue;
7143
7144                 page = pfn_to_page(check);
7145
7146                 /*
7147                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7148                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7149                  * handle each tail page individually in migration.
7150                  */
7151                 if (PageHuge(page)) {
7152                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7153                         continue;
7154                 }
7155
7156                 /*
7157                  * We can't use page_count without pin a page
7158                  * because another CPU can free compound page.
7159                  * This check already skips compound tails of THP
7160                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7161                  */
7162                 if (!page_ref_count(page)) {
7163                         if (PageBuddy(page))
7164                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7165                         continue;
7166                 }
7167
7168                 /*
7169                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7170                  * page_count() is not 0.
7171                  */
7172                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7173                         continue;
7174
7175                 if (!PageLRU(page))
7176                         found++;
7177                 /*
7178                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7179                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7180                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7181                  */
7182                 /*
7183                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7184                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7185                  *
7186                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7187                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7188                  * page at boot.
7189                  */
7190                 if (found > count)
7191                         return true;
7192         }
7193         return false;
7194 }
7195
7196 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7197 {
7198         struct zone *zone;
7199         unsigned long pfn;
7200
7201         /*
7202          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7203          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7204          * the zone but still within the section.
7205          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7206          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7207          */
7208         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7209                 return false;
7210
7211         zone = page_zone(page);
7212         pfn = page_to_pfn(page);
7213         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7214                 return false;
7215
7216         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7217 }
7218
7219 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7220
7221 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7222 {
7223         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7224                              pageblock_nr_pages) - 1);
7225 }
7226
7227 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7228 {
7229         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7230                                 pageblock_nr_pages));
7231 }
7232
7233 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7234 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7235                                         unsigned long start, unsigned long end)
7236 {
7237         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7238         unsigned long nr_reclaimed;
7239         unsigned long pfn = start;
7240         unsigned int tries = 0;
7241         int ret = 0;
7242
7243         migrate_prep();
7244
7245         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7246                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7247                         ret = -EINTR;
7248                         break;
7249                 }
7250
7251                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7252                         cc->nr_migratepages = 0;
7253                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7254                         if (!pfn) {
7255                                 ret = -EINTR;
7256                                 break;
7257                         }
7258                         tries = 0;
7259                 } else if (++tries == 5) {
7260                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7261                         break;
7262                 }
7263
7264                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7265                                                         &cc->migratepages);
7266                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7267
7268                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7269                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7270         }
7271         if (ret < 0) {
7272                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7273                 return ret;
7274         }
7275         return 0;
7276 }
7277
7278 /**
7279  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7280  * @start:      start PFN to allocate
7281  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7282  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7283  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7284  *                      in range must have the same migratetype and it must
7285  *                      be either of the two.
7286  *
7287  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7288  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7289  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7290  * pages fall in.
7291  *
7292  * The PFN range must belong to a single zone.
7293  *
7294  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7295  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7296  * need to be freed with free_contig_range().
7297  */
7298 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7299                        unsigned migratetype)
7300 {
7301         unsigned long outer_start, outer_end;
7302         unsigned int order;
7303         int ret = 0;
7304
7305         struct compact_control cc = {
7306                 .nr_migratepages = 0,
7307                 .order = -1,
7308                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7309                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7310                 .ignore_skip_hint = true,
7311                 .gfp_mask = GFP_KERNEL,
7312         };
7313         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7314
7315         /*
7316          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7317          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7318          * have different sizes, and due to the way page allocator
7319          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7320          * that page allocator won't try to merge buddies from
7321          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7322          * other migration type.
7323          *
7324          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7325          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7326          * we are interested in).  This will put all the pages in
7327          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7328          *
7329          * When this is done, we take the pages in range from page
7330          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7331          * page allocator will never consider using them.
7332          *
7333          * This lets us mark the pageblocks back as
7334          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7335          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7336          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7337          */
7338
7339         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7340                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7341                                        false);
7342         if (ret)
7343                 return ret;
7344
7345         /*
7346          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7347          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7348          */
7349         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7350         if (ret && ret != -EBUSY)
7351                 goto done;
7352
7353         /*
7354          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7355          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7356          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7357          * What we are going to do is to allocate all pages from
7358          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7359          *
7360          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7361          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7362          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7363          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7364          * once this is done free the pages we are not interested in.
7365          *
7366          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7367          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7368          */
7369
7370         lru_add_drain_all();
7371         drain_all_pages(cc.zone);
7372
7373         order = 0;
7374         outer_start = start;
7375         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7376                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7377                         outer_start = start;
7378                         break;
7379                 }
7380                 outer_start &= ~0UL << order;
7381         }
7382
7383         if (outer_start != start) {
7384                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7385
7386                 /*
7387                  * outer_start page could be small order buddy page and
7388                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7389                  * in this case to report failed page properly
7390                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7391                  */
7392                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7393                         outer_start = start;
7394         }
7395
7396         /* Make sure the range is really isolated. */
7397         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7398                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7399                         __func__, outer_start, end);
7400                 ret = -EBUSY;
7401                 goto done;
7402         }
7403
7404         /* Grab isolated pages from freelists. */
7405         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7406         if (!outer_end) {
7407                 ret = -EBUSY;
7408                 goto done;
7409         }
7410
7411         /* Free head and tail (if any) */
7412         if (start != outer_start)
7413                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7414         if (end != outer_end)
7415                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7416
7417 done:
7418         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7419                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7420         return ret;
7421 }
7422
7423 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7424 {
7425         unsigned int count = 0;
7426
7427         for (; nr_pages--; pfn++) {
7428                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7429
7430                 count += page_count(page) != 1;
7431                 __free_page(page);
7432         }
7433         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7434 }
7435 #endif
7436
7437 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7438 /*
7439  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7440  * page high values need to be recalulated.
7441  */
7442 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7443 {
7444         unsigned cpu;
7445         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7446         for_each_possible_cpu(cpu)
7447                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7448                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7449         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7450 }
7451 #endif
7452
7453 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7454 {
7455         unsigned long flags;
7456         int cpu;
7457         struct per_cpu_pageset *pset;
7458
7459         /* avoid races with drain_pages()  */
7460         local_irq_save(flags);
7461         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7462                 for_each_online_cpu(cpu) {
7463                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7464                         drain_zonestat(zone, pset);
7465                 }
7466                 free_percpu(zone->pageset);
7467                 zone->pageset = &boot_pageset;
7468         }
7469         local_irq_restore(flags);
7470 }
7471
7472 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7473 /*
7474  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7475  * before calling this.
7476  */
7477 void
7478 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7479 {
7480         struct page *page;
7481         struct zone *zone;
7482         unsigned int order, i;
7483         unsigned long pfn;
7484         unsigned long flags;
7485         /* find the first valid pfn */
7486         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7487                 if (pfn_valid(pfn))
7488                         break;
7489         if (pfn == end_pfn)
7490                 return;
7491         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7492         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7493         pfn = start_pfn;
7494         while (pfn < end_pfn) {
7495                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7496                         pfn++;
7497                         continue;
7498                 }
7499                 page = pfn_to_page(pfn);
7500                 /*
7501                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7502                  * page_count() is not 0.
7503                  */
7504                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7505                         pfn++;
7506                         SetPageReserved(page);
7507                         continue;
7508                 }
7509
7510                 BUG_ON(page_count(page));
7511                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7512                 order = page_order(page);
7513 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7514                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7515                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7516 #endif
7517                 list_del(&page->lru);
7518                 rmv_page_order(page);
7519                 zone->free_area[order].nr_free--;
7520                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7521                         SetPageReserved((page+i));
7522                 pfn += (1 << order);
7523         }
7524         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7525 }
7526 #endif
7527
7528 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7529 {
7530         struct zone *zone = page_zone(page);
7531         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7532         unsigned long flags;
7533         unsigned int order;
7534
7535         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7536         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7537                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7538
7539                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7540                         break;
7541         }
7542         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7543
7544         return order < MAX_ORDER;
7545 }