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