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