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