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