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