22cfdeffbf691d9f1a5c5ebb00788ce3e7a8b103
[cascardo/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/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/debugobjects.h>
52 #include <linux/kmemleak.h>
53 #include <linux/compaction.h>
54 #include <trace/events/kmem.h>
55 #include <linux/prefetch.h>
56 #include <linux/mm_inline.h>
57 #include <linux/migrate.h>
58 #include <linux/page-debug-flags.h>
59 #include <linux/hugetlb.h>
60 #include <linux/sched/rt.h>
61
62 #include <asm/sections.h>
63 #include <asm/tlbflush.h>
64 #include <asm/div64.h>
65 #include "internal.h"
66
67 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
68 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
69 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
70
71 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
72 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
73 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
74 #endif
75
76 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
77 /*
78  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
79  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
80  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
81  * defined in <linux/topology.h>.
82  */
83 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
85 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
86 #endif
87
88 /*
89  * Array of node states.
90  */
91 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
92         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
93         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
94 #ifndef CONFIG_NUMA
95         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
96 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
97         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
98 #endif
99 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
100         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif  /* NUMA */
104 };
105 EXPORT_SYMBOL(node_states);
106
107 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
108 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
109
110 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
111 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
112 /*
113  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
114  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
115  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
116  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
117  */
118 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
119
120 int percpu_pagelist_fraction;
121 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
122
123 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
124 /*
125  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
126  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
127  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
128  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
129  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
130  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
131  */
132
133 static gfp_t saved_gfp_mask;
134
135 void pm_restore_gfp_mask(void)
136 {
137         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
138         if (saved_gfp_mask) {
139                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
140                 saved_gfp_mask = 0;
141         }
142 }
143
144 void pm_restrict_gfp_mask(void)
145 {
146         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
147         WARN_ON(saved_gfp_mask);
148         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
149         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
150 }
151
152 bool pm_suspended_storage(void)
153 {
154         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
155                 return false;
156         return true;
157 }
158 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
159
160 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
161 int pageblock_order __read_mostly;
162 #endif
163
164 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
165
166 /*
167  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
168  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
169  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
170  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
171  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
172  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
173  *
174  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
175  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
176  */
177 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
178 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
179          256,
180 #endif
181 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
182          256,
183 #endif
184 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
185          32,
186 #endif
187          32,
188 };
189
190 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
191
192 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
193 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
194          "DMA",
195 #endif
196 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
197          "DMA32",
198 #endif
199          "Normal",
200 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
201          "HighMem",
202 #endif
203          "Movable",
204 };
205
206 int min_free_kbytes = 1024;
207 int user_min_free_kbytes = -1;
208
209 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
210 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
211 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
212
213 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
214 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
215 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
216 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
217 static unsigned long __initdata required_movablecore;
218 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
219
220 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
221 int movable_zone;
222 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
223 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
224
225 #if MAX_NUMNODES > 1
226 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
227 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
228 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
229 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
230 #endif
231
232 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
233
234 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
235 {
236         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
237                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
238                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
239
240         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
241                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
242 }
243
244 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
245
246 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
247 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
248 {
249         int ret = 0;
250         unsigned seq;
251         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
252         unsigned long sp, start_pfn;
253
254         do {
255                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
256                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
257                 sp = zone->spanned_pages;
258                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
259                         ret = 1;
260         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
261
262         if (ret)
263                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
264                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
265                         start_pfn, start_pfn + sp);
266
267         return ret;
268 }
269
270 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
271 {
272         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
273                 return 0;
274         if (zone != page_zone(page))
275                 return 0;
276
277         return 1;
278 }
279 /*
280  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
281  */
282 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
283 {
284         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
285                 return 1;
286         if (!page_is_consistent(zone, page))
287                 return 1;
288
289         return 0;
290 }
291 #else
292 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
293 {
294         return 0;
295 }
296 #endif
297
298 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
299                 unsigned long bad_flags)
300 {
301         static unsigned long resume;
302         static unsigned long nr_shown;
303         static unsigned long nr_unshown;
304
305         /* Don't complain about poisoned pages */
306         if (PageHWPoison(page)) {
307                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
308                 return;
309         }
310
311         /*
312          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
313          * or allow a steady drip of one report per second.
314          */
315         if (nr_shown == 60) {
316                 if (time_before(jiffies, resume)) {
317                         nr_unshown++;
318                         goto out;
319                 }
320                 if (nr_unshown) {
321                         printk(KERN_ALERT
322                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
323                                 nr_unshown);
324                         nr_unshown = 0;
325                 }
326                 nr_shown = 0;
327         }
328         if (nr_shown++ == 0)
329                 resume = jiffies + 60 * HZ;
330
331         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
332                 current->comm, page_to_pfn(page));
333         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
334
335         print_modules();
336         dump_stack();
337 out:
338         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
339         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
340         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
341 }
342
343 /*
344  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
345  *
346  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
347  *
348  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
349  *
350  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
351  * pointing at the head page.
352  *
353  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
354  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
355  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
356  */
357
358 static void free_compound_page(struct page *page)
359 {
360         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
361 }
362
363 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
364 {
365         int i;
366         int nr_pages = 1 << order;
367
368         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
369         set_compound_order(page, order);
370         __SetPageHead(page);
371         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
372                 struct page *p = page + i;
373                 set_page_count(p, 0);
374                 p->first_page = page;
375                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
376                 smp_wmb();
377                 __SetPageTail(p);
378         }
379 }
380
381 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
382 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
383 {
384         int i;
385         int nr_pages = 1 << order;
386         int bad = 0;
387
388         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
389                 bad_page(page, "wrong compound order", 0);
390                 bad++;
391         }
392
393         __ClearPageHead(page);
394
395         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
396                 struct page *p = page + i;
397
398                 if (unlikely(!PageTail(p))) {
399                         bad_page(page, "PageTail not set", 0);
400                         bad++;
401                 } else if (unlikely(p->first_page != page)) {
402                         bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
403                         bad++;
404                 }
405                 __ClearPageTail(p);
406         }
407
408         return bad;
409 }
410
411 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
412                                                         gfp_t gfp_flags)
413 {
414         int i;
415
416         /*
417          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
418          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
419          */
420         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
421         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
422                 clear_highpage(page + i);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
426 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
427
428 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
429 {
430         unsigned long res;
431
432         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
433                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
434                 return 0;
435         }
436         _debug_guardpage_minorder = res;
437         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
438         return 0;
439 }
440 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
441
442 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
443 {
444         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
445 }
446
447 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
448 {
449         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
450 }
451 #else
452 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
453 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
454 #endif
455
456 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
457 {
458         set_page_private(page, order);
459         __SetPageBuddy(page);
460 }
461
462 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
463 {
464         __ClearPageBuddy(page);
465         set_page_private(page, 0);
466 }
467
468 /*
469  * This function checks whether a page is free && is the buddy
470  * we can do coalesce a page and its buddy if
471  * (a) the buddy is not in a hole &&
472  * (b) the buddy is in the buddy system &&
473  * (c) a page and its buddy have the same order &&
474  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
475  *
476  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
477  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
478  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
479  * serialized by zone->lock.
480  *
481  * For recording page's order, we use page_private(page).
482  */
483 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
484                                                         unsigned int order)
485 {
486         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
487                 return 0;
488
489         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
490                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
491
492                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
493                         return 0;
494
495                 return 1;
496         }
497
498         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
499                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
500
501                 /*
502                  * zone check is done late to avoid uselessly
503                  * calculating zone/node ids for pages that could
504                  * never merge.
505                  */
506                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
507                         return 0;
508
509                 return 1;
510         }
511         return 0;
512 }
513
514 /*
515  * Freeing function for a buddy system allocator.
516  *
517  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
518  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
519  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
520  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
521  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
522  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
523  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
524  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
525  * parts of the VM system.
526  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
527  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
528  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
529  * field.
530  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
531  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
532  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
533  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
534  * triggers coalescing into a block of larger size.
535  *
536  * -- nyc
537  */
538
539 static inline void __free_one_page(struct page *page,
540                 unsigned long pfn,
541                 struct zone *zone, unsigned int order,
542                 int migratetype)
543 {
544         unsigned long page_idx;
545         unsigned long combined_idx;
546         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
547         struct page *buddy;
548         int max_order = MAX_ORDER;
549
550         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
551
552         if (unlikely(PageCompound(page)))
553                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
554                         return;
555
556         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
557         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
558                 /*
559                  * We restrict max order of merging to prevent merge
560                  * between freepages on isolate pageblock and normal
561                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
562                  * could cause incorrect freepage accounting.
563                  */
564                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
565         } else {
566                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
567         }
568
569         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
570
571         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
572         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
573
574         while (order < max_order - 1) {
575                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
576                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
577                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
578                         break;
579                 /*
580                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
581                  * merge with it and move up one order.
582                  */
583                 if (page_is_guard(buddy)) {
584                         clear_page_guard_flag(buddy);
585                         set_page_private(buddy, 0);
586                         if (!is_migrate_isolate(migratetype)) {
587                                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
588                                                           migratetype);
589                         }
590                 } else {
591                         list_del(&buddy->lru);
592                         zone->free_area[order].nr_free--;
593                         rmv_page_order(buddy);
594                 }
595                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
596                 page = page + (combined_idx - page_idx);
597                 page_idx = combined_idx;
598                 order++;
599         }
600         set_page_order(page, order);
601
602         /*
603          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
604          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
605          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
606          * that is happening, add the free page to the tail of the list
607          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
608          * as a higher order page
609          */
610         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
611                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
612                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
613                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
614                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
615                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
616                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
617                         list_add_tail(&page->lru,
618                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
619                         goto out;
620                 }
621         }
622
623         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
624 out:
625         zone->free_area[order].nr_free++;
626 }
627
628 static inline int free_pages_check(struct page *page)
629 {
630         const char *bad_reason = NULL;
631         unsigned long bad_flags = 0;
632
633         if (unlikely(page_mapcount(page)))
634                 bad_reason = "nonzero mapcount";
635         if (unlikely(page->mapping != NULL))
636                 bad_reason = "non-NULL mapping";
637         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
638                 bad_reason = "nonzero _count";
639         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
640                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
641                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
642         }
643         if (unlikely(mem_cgroup_bad_page_check(page)))
644                 bad_reason = "cgroup check failed";
645         if (unlikely(bad_reason)) {
646                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
647                 return 1;
648         }
649         page_cpupid_reset_last(page);
650         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
651                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
652         return 0;
653 }
654
655 /*
656  * Frees a number of pages from the PCP lists
657  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
658  * count is the number of pages to free.
659  *
660  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
661  * see if this freeing clears that state.
662  *
663  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
664  * pinned" detection logic.
665  */
666 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
667                                         struct per_cpu_pages *pcp)
668 {
669         int migratetype = 0;
670         int batch_free = 0;
671         int to_free = count;
672         unsigned long nr_scanned;
673
674         spin_lock(&zone->lock);
675         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
676         if (nr_scanned)
677                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
678
679         while (to_free) {
680                 struct page *page;
681                 struct list_head *list;
682
683                 /*
684                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
685                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
686                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
687                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
688                  * lists
689                  */
690                 do {
691                         batch_free++;
692                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
693                                 migratetype = 0;
694                         list = &pcp->lists[migratetype];
695                 } while (list_empty(list));
696
697                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
698                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
699                         batch_free = to_free;
700
701                 do {
702                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
703
704                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
705                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
706                         list_del(&page->lru);
707                         mt = get_freepage_migratetype(page);
708                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
709                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
710
711                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
712                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
713                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
714                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
715         }
716         spin_unlock(&zone->lock);
717 }
718
719 static void free_one_page(struct zone *zone,
720                                 struct page *page, unsigned long pfn,
721                                 unsigned int order,
722                                 int migratetype)
723 {
724         unsigned long nr_scanned;
725         spin_lock(&zone->lock);
726         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
727         if (nr_scanned)
728                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
729
730         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
731                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
732                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
733         }
734         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
735         spin_unlock(&zone->lock);
736 }
737
738 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
739 {
740         int i;
741         int bad = 0;
742
743         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
744         VM_BUG_ON_PAGE(PageHead(page) && compound_order(page) != order, page);
745
746         trace_mm_page_free(page, order);
747         kmemcheck_free_shadow(page, order);
748
749         if (PageAnon(page))
750                 page->mapping = NULL;
751         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
752                 bad += free_pages_check(page + i);
753         if (bad)
754                 return false;
755
756         if (!PageHighMem(page)) {
757                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
758                                            PAGE_SIZE << order);
759                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
760                                            PAGE_SIZE << order);
761         }
762         arch_free_page(page, order);
763         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
764
765         return true;
766 }
767
768 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
769 {
770         unsigned long flags;
771         int migratetype;
772         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
773
774         if (!free_pages_prepare(page, order))
775                 return;
776
777         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
778         local_irq_save(flags);
779         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
780         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
781         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
782         local_irq_restore(flags);
783 }
784
785 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
786 {
787         unsigned int nr_pages = 1 << order;
788         struct page *p = page;
789         unsigned int loop;
790
791         prefetchw(p);
792         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
793                 prefetchw(p + 1);
794                 __ClearPageReserved(p);
795                 set_page_count(p, 0);
796         }
797         __ClearPageReserved(p);
798         set_page_count(p, 0);
799
800         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
801         set_page_refcounted(page);
802         __free_pages(page, order);
803 }
804
805 #ifdef CONFIG_CMA
806 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
807 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
808 {
809         unsigned i = pageblock_nr_pages;
810         struct page *p = page;
811
812         do {
813                 __ClearPageReserved(p);
814                 set_page_count(p, 0);
815         } while (++p, --i);
816
817         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
818
819         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
820                 i = pageblock_nr_pages;
821                 p = page;
822                 do {
823                         set_page_refcounted(p);
824                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
825                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
826                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
827         } else {
828                 set_page_refcounted(page);
829                 __free_pages(page, pageblock_order);
830         }
831
832         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
833 }
834 #endif
835
836 /*
837  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
838  * Please do not alter this order without good reasons and regression
839  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
840  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
841  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
842  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
843  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
844  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
845  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
846  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
847  *
848  * -- nyc
849  */
850 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
851         int low, int high, struct free_area *area,
852         int migratetype)
853 {
854         unsigned long size = 1 << high;
855
856         while (high > low) {
857                 area--;
858                 high--;
859                 size >>= 1;
860                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
861
862 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
863                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
864                         /*
865                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
866                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
867                          * Corresponding page table entries will not be touched,
868                          * pages will stay not present in virtual address space
869                          */
870                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
871                         set_page_guard_flag(&page[size]);
872                         set_page_private(&page[size], high);
873                         /* Guard pages are not available for any usage */
874                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
875                                                   migratetype);
876                         continue;
877                 }
878 #endif
879                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
880                 area->nr_free++;
881                 set_page_order(&page[size], high);
882         }
883 }
884
885 /*
886  * This page is about to be returned from the page allocator
887  */
888 static inline int check_new_page(struct page *page)
889 {
890         const char *bad_reason = NULL;
891         unsigned long bad_flags = 0;
892
893         if (unlikely(page_mapcount(page)))
894                 bad_reason = "nonzero mapcount";
895         if (unlikely(page->mapping != NULL))
896                 bad_reason = "non-NULL mapping";
897         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
898                 bad_reason = "nonzero _count";
899         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
900                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
901                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
902         }
903         if (unlikely(mem_cgroup_bad_page_check(page)))
904                 bad_reason = "cgroup check failed";
905         if (unlikely(bad_reason)) {
906                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
907                 return 1;
908         }
909         return 0;
910 }
911
912 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags)
913 {
914         int i;
915
916         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
917                 struct page *p = page + i;
918                 if (unlikely(check_new_page(p)))
919                         return 1;
920         }
921
922         set_page_private(page, 0);
923         set_page_refcounted(page);
924
925         arch_alloc_page(page, order);
926         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
927
928         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
929                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
930
931         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
932                 prep_compound_page(page, order);
933
934         return 0;
935 }
936
937 /*
938  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
939  * the smallest available page from the freelists
940  */
941 static inline
942 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
943                                                 int migratetype)
944 {
945         unsigned int current_order;
946         struct free_area *area;
947         struct page *page;
948
949         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
950         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
951                 area = &(zone->free_area[current_order]);
952                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
953                         continue;
954
955                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
956                                                         struct page, lru);
957                 list_del(&page->lru);
958                 rmv_page_order(page);
959                 area->nr_free--;
960                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
961                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
962                 return page;
963         }
964
965         return NULL;
966 }
967
968
969 /*
970  * This array describes the order lists are fallen back to when
971  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
972  */
973 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
974         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
975         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
976 #ifdef CONFIG_CMA
977         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
978         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
979 #else
980         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
981 #endif
982         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
983 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
984         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
985 #endif
986 };
987
988 /*
989  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
990  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
991  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
992  */
993 int move_freepages(struct zone *zone,
994                           struct page *start_page, struct page *end_page,
995                           int migratetype)
996 {
997         struct page *page;
998         unsigned long order;
999         int pages_moved = 0;
1000
1001 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1002         /*
1003          * page_zone is not safe to call in this context when
1004          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1005          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1006          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1007          * grouping pages by mobility
1008          */
1009         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1010 #endif
1011
1012         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1013                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1014                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1015
1016                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1017                         page++;
1018                         continue;
1019                 }
1020
1021                 if (!PageBuddy(page)) {
1022                         page++;
1023                         continue;
1024                 }
1025
1026                 order = page_order(page);
1027                 list_move(&page->lru,
1028                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1029                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1030                 page += 1 << order;
1031                 pages_moved += 1 << order;
1032         }
1033
1034         return pages_moved;
1035 }
1036
1037 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1038                                 int migratetype)
1039 {
1040         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1041         struct page *start_page, *end_page;
1042
1043         start_pfn = page_to_pfn(page);
1044         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1045         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1046         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1047         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1048
1049         /* Do not cross zone boundaries */
1050         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1051                 start_page = page;
1052         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1053                 return 0;
1054
1055         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1056 }
1057
1058 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1059                                         int start_order, int migratetype)
1060 {
1061         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1062
1063         while (nr_pageblocks--) {
1064                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1065                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1066         }
1067 }
1068
1069 /*
1070  * If breaking a large block of pages, move all free pages to the preferred
1071  * allocation list. If falling back for a reclaimable kernel allocation, be
1072  * more aggressive about taking ownership of free pages.
1073  *
1074  * On the other hand, never change migration type of MIGRATE_CMA pageblocks
1075  * nor move CMA pages to different free lists. We don't want unmovable pages
1076  * to be allocated from MIGRATE_CMA areas.
1077  *
1078  * Returns the new migratetype of the pageblock (or the same old migratetype
1079  * if it was unchanged).
1080  */
1081 static int try_to_steal_freepages(struct zone *zone, struct page *page,
1082                                   int start_type, int fallback_type)
1083 {
1084         int current_order = page_order(page);
1085
1086         /*
1087          * When borrowing from MIGRATE_CMA, we need to release the excess
1088          * buddy pages to CMA itself. We also ensure the freepage_migratetype
1089          * is set to CMA so it is returned to the correct freelist in case
1090          * the page ends up being not actually allocated from the pcp lists.
1091          */
1092         if (is_migrate_cma(fallback_type))
1093                 return fallback_type;
1094
1095         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1096         if (current_order >= pageblock_order) {
1097                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1098                 return start_type;
1099         }
1100
1101         if (current_order >= pageblock_order / 2 ||
1102             start_type == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1103             page_group_by_mobility_disabled) {
1104                 int pages;
1105
1106                 pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1107
1108                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1109                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1110                                 page_group_by_mobility_disabled) {
1111
1112                         set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1113                         return start_type;
1114                 }
1115
1116         }
1117
1118         return fallback_type;
1119 }
1120
1121 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1122 static inline struct page *
1123 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1124 {
1125         struct free_area *area;
1126         unsigned int current_order;
1127         struct page *page;
1128         int migratetype, new_type, i;
1129
1130         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1131         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1132                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1133                                 --current_order) {
1134                 for (i = 0;; i++) {
1135                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1136
1137                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1138                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1139                                 break;
1140
1141                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1142                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1143                                 continue;
1144
1145                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1146                                         struct page, lru);
1147                         area->nr_free--;
1148
1149                         new_type = try_to_steal_freepages(zone, page,
1150                                                           start_migratetype,
1151                                                           migratetype);
1152
1153                         /* Remove the page from the freelists */
1154                         list_del(&page->lru);
1155                         rmv_page_order(page);
1156
1157                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1158                                new_type);
1159                         /* The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1160                          * migratetype depending on the decisions in
1161                          * try_to_steal_freepages. This is OK as long as it does
1162                          * not differ for MIGRATE_CMA type.
1163                          */
1164                         set_freepage_migratetype(page, new_type);
1165
1166                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1167                                 start_migratetype, migratetype, new_type);
1168
1169                         return page;
1170                 }
1171         }
1172
1173         return NULL;
1174 }
1175
1176 /*
1177  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1178  * Call me with the zone->lock already held.
1179  */
1180 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1181                                                 int migratetype)
1182 {
1183         struct page *page;
1184
1185 retry_reserve:
1186         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1187
1188         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1189                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1190
1191                 /*
1192                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1193                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1194                  * and we want just one call site
1195                  */
1196                 if (!page) {
1197                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1198                         goto retry_reserve;
1199                 }
1200         }
1201
1202         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1203         return page;
1204 }
1205
1206 /*
1207  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1208  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1209  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1210  */
1211 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1212                         unsigned long count, struct list_head *list,
1213                         int migratetype, bool cold)
1214 {
1215         int i;
1216
1217         spin_lock(&zone->lock);
1218         for (i = 0; i < count; ++i) {
1219                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1220                 if (unlikely(page == NULL))
1221                         break;
1222
1223                 /*
1224                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1225                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1226                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1227                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1228                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1229                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1230                  * properly.
1231                  */
1232                 if (likely(!cold))
1233                         list_add(&page->lru, list);
1234                 else
1235                         list_add_tail(&page->lru, list);
1236                 list = &page->lru;
1237                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1238                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1239                                               -(1 << order));
1240         }
1241         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1242         spin_unlock(&zone->lock);
1243         return i;
1244 }
1245
1246 #ifdef CONFIG_NUMA
1247 /*
1248  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1249  * currently executing processor on remote nodes after they have
1250  * expired.
1251  *
1252  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1253  * a single processor.
1254  */
1255 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1256 {
1257         unsigned long flags;
1258         int to_drain, batch;
1259
1260         local_irq_save(flags);
1261         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1262         to_drain = min(pcp->count, batch);
1263         if (to_drain > 0) {
1264                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1265                 pcp->count -= to_drain;
1266         }
1267         local_irq_restore(flags);
1268 }
1269 #endif
1270
1271 /*
1272  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1273  *
1274  * The processor must either be the current processor and the
1275  * thread pinned to the current processor or a processor that
1276  * is not online.
1277  */
1278 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1279 {
1280         unsigned long flags;
1281         struct per_cpu_pageset *pset;
1282         struct per_cpu_pages *pcp;
1283
1284         local_irq_save(flags);
1285         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1286
1287         pcp = &pset->pcp;
1288         if (pcp->count) {
1289                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1290                 pcp->count = 0;
1291         }
1292         local_irq_restore(flags);
1293 }
1294
1295 /*
1296  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1297  *
1298  * The processor must either be the current processor and the
1299  * thread pinned to the current processor or a processor that
1300  * is not online.
1301  */
1302 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1303 {
1304         struct zone *zone;
1305
1306         for_each_populated_zone(zone) {
1307                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1308         }
1309 }
1310
1311 /*
1312  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1313  *
1314  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1315  * the single zone's pages.
1316  */
1317 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1318 {
1319         int cpu = smp_processor_id();
1320
1321         if (zone)
1322                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1323         else
1324                 drain_pages(cpu);
1325 }
1326
1327 /*
1328  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1329  *
1330  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1331  *
1332  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1333  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1334  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1335  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1336  * before the call to on_each_cpu_mask().
1337  */
1338 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1339 {
1340         int cpu;
1341
1342         /*
1343          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1344          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1345          */
1346         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1347
1348         /*
1349          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1350          * as offline notification will cause the notified
1351          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1352          * disables preemption as part of its processing
1353          */
1354         for_each_online_cpu(cpu) {
1355                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1356                 struct zone *z;
1357                 bool has_pcps = false;
1358
1359                 if (zone) {
1360                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1361                         if (pcp->pcp.count)
1362                                 has_pcps = true;
1363                 } else {
1364                         for_each_populated_zone(z) {
1365                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1366                                 if (pcp->pcp.count) {
1367                                         has_pcps = true;
1368                                         break;
1369                                 }
1370                         }
1371                 }
1372
1373                 if (has_pcps)
1374                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1375                 else
1376                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1377         }
1378         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1379                                                                 zone, 1);
1380 }
1381
1382 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1383
1384 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1385 {
1386         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1387         unsigned long flags;
1388         unsigned int order, t;
1389         struct list_head *curr;
1390
1391         if (zone_is_empty(zone))
1392                 return;
1393
1394         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1395
1396         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1397         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1398                 if (pfn_valid(pfn)) {
1399                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1400
1401                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1402                                 swsusp_unset_page_free(page);
1403                 }
1404
1405         for_each_migratetype_order(order, t) {
1406                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1407                         unsigned long i;
1408
1409                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1410                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1411                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1412                 }
1413         }
1414         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1415 }
1416 #endif /* CONFIG_PM */
1417
1418 /*
1419  * Free a 0-order page
1420  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1421  */
1422 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1423 {
1424         struct zone *zone = page_zone(page);
1425         struct per_cpu_pages *pcp;
1426         unsigned long flags;
1427         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1428         int migratetype;
1429
1430         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1431                 return;
1432
1433         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1434         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1435         local_irq_save(flags);
1436         __count_vm_event(PGFREE);
1437
1438         /*
1439          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1440          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1441          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1442          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1443          * excessively into the page allocator
1444          */
1445         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1446                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1447                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1448                         goto out;
1449                 }
1450                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1451         }
1452
1453         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1454         if (!cold)
1455                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1456         else
1457                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1458         pcp->count++;
1459         if (pcp->count >= pcp->high) {
1460                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1461                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1462                 pcp->count -= batch;
1463         }
1464
1465 out:
1466         local_irq_restore(flags);
1467 }
1468
1469 /*
1470  * Free a list of 0-order pages
1471  */
1472 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1473 {
1474         struct page *page, *next;
1475
1476         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1477                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1478                 free_hot_cold_page(page, cold);
1479         }
1480 }
1481
1482 /*
1483  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1484  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1485  * Each sub-page must be freed individually.
1486  *
1487  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1488  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1489  */
1490 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1491 {
1492         int i;
1493
1494         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1495         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1496
1497 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1498         /*
1499          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1500          * otherwise free the whole shadow.
1501          */
1502         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1503                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1504 #endif
1505
1506         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1507                 set_page_refcounted(page + i);
1508 }
1509 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1510
1511 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1512 {
1513         unsigned long watermark;
1514         struct zone *zone;
1515         int mt;
1516
1517         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1518
1519         zone = page_zone(page);
1520         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1521
1522         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1523                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1524                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1525                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1526                         return 0;
1527
1528                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1529         }
1530
1531         /* Remove page from free list */
1532         list_del(&page->lru);
1533         zone->free_area[order].nr_free--;
1534         rmv_page_order(page);
1535
1536         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1537         if (order >= pageblock_order - 1) {
1538                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1539                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1540                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1541                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1542                                 set_pageblock_migratetype(page,
1543                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1544                 }
1545         }
1546
1547         return 1UL << order;
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1552  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1553  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1554  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1555  * are enabled.
1556  *
1557  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1558  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1559  */
1560 int split_free_page(struct page *page)
1561 {
1562         unsigned int order;
1563         int nr_pages;
1564
1565         order = page_order(page);
1566
1567         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1568         if (!nr_pages)
1569                 return 0;
1570
1571         /* Split into individual pages */
1572         set_page_refcounted(page);
1573         split_page(page, order);
1574         return nr_pages;
1575 }
1576
1577 /*
1578  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1579  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1580  * or two.
1581  */
1582 static inline
1583 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1584                         struct zone *zone, unsigned int order,
1585                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1586 {
1587         unsigned long flags;
1588         struct page *page;
1589         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1590
1591 again:
1592         if (likely(order == 0)) {
1593                 struct per_cpu_pages *pcp;
1594                 struct list_head *list;
1595
1596                 local_irq_save(flags);
1597                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1598                 list = &pcp->lists[migratetype];
1599                 if (list_empty(list)) {
1600                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1601                                         pcp->batch, list,
1602                                         migratetype, cold);
1603                         if (unlikely(list_empty(list)))
1604                                 goto failed;
1605                 }
1606
1607                 if (cold)
1608                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1609                 else
1610                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1611
1612                 list_del(&page->lru);
1613                 pcp->count--;
1614         } else {
1615                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1616                         /*
1617                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1618                          *
1619                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1620                          * properly detect and handle allocation failures.
1621                          *
1622                          * We most definitely don't want callers attempting to
1623                          * allocate greater than order-1 page units with
1624                          * __GFP_NOFAIL.
1625                          */
1626                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1627                 }
1628                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1629                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1630                 spin_unlock(&zone->lock);
1631                 if (!page)
1632                         goto failed;
1633                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1634                                           get_freepage_migratetype(page));
1635         }
1636
1637         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1638         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1639             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1640                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1641
1642         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1643         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1644         local_irq_restore(flags);
1645
1646         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1647         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1648                 goto again;
1649         return page;
1650
1651 failed:
1652         local_irq_restore(flags);
1653         return NULL;
1654 }
1655
1656 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1657
1658 static struct {
1659         struct fault_attr attr;
1660
1661         u32 ignore_gfp_highmem;
1662         u32 ignore_gfp_wait;
1663         u32 min_order;
1664 } fail_page_alloc = {
1665         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1666         .ignore_gfp_wait = 1,
1667         .ignore_gfp_highmem = 1,
1668         .min_order = 1,
1669 };
1670
1671 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1672 {
1673         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1674 }
1675 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1676
1677 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1678 {
1679         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1680                 return false;
1681         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1682                 return false;
1683         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1684                 return false;
1685         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1686                 return false;
1687
1688         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1689 }
1690
1691 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1692
1693 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1694 {
1695         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1696         struct dentry *dir;
1697
1698         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1699                                         &fail_page_alloc.attr);
1700         if (IS_ERR(dir))
1701                 return PTR_ERR(dir);
1702
1703         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1704                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1705                 goto fail;
1706         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1707                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1708                 goto fail;
1709         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1710                                 &fail_page_alloc.min_order))
1711                 goto fail;
1712
1713         return 0;
1714 fail:
1715         debugfs_remove_recursive(dir);
1716
1717         return -ENOMEM;
1718 }
1719
1720 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1721
1722 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1723
1724 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1725
1726 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1727 {
1728         return false;
1729 }
1730
1731 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1732
1733 /*
1734  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1735  * of the allocation.
1736  */
1737 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1738                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1739                         long free_pages)
1740 {
1741         /* free_pages may go negative - that's OK */
1742         long min = mark;
1743         int o;
1744         long free_cma = 0;
1745
1746         free_pages -= (1 << order) - 1;
1747         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1748                 min -= min / 2;
1749         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1750                 min -= min / 4;
1751 #ifdef CONFIG_CMA
1752         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1753         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1754                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1755 #endif
1756
1757         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1758                 return false;
1759         for (o = 0; o < order; o++) {
1760                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1761                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1762
1763                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1764                 min >>= 1;
1765
1766                 if (free_pages <= min)
1767                         return false;
1768         }
1769         return true;
1770 }
1771
1772 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1773                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1774 {
1775         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1776                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1777 }
1778
1779 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1780                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1781 {
1782         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1783
1784         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1785                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1786
1787         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1788                                                                 free_pages);
1789 }
1790
1791 #ifdef CONFIG_NUMA
1792 /*
1793  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1794  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1795  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1796  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1797  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1798  *
1799  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1800  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1801  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1802  *
1803  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1804  * nothing and returns NULL.
1805  *
1806  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1807  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1808  *
1809  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1810  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1811  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1812  * quickly as we can.
1813  */
1814 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1815 {
1816         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1817         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1818
1819         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1820         if (!zlc)
1821                 return NULL;
1822
1823         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1824                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1825                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1826         }
1827
1828         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1829                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1830                                         &node_states[N_MEMORY];
1831         return allowednodes;
1832 }
1833
1834 /*
1835  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1836  * if it is worth looking at further for free memory:
1837  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1838  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1839  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1840  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1841  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1842  * else return false (zero) if it is not.
1843  *
1844  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1845  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1846  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1847  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1848  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1849  * into the second scan of the zonelist.
1850  *
1851  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1852  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1853  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1854  * unturned looking for a free page.
1855  */
1856 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1857                                                 nodemask_t *allowednodes)
1858 {
1859         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1860         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1861         int n;                          /* node that zone *z is on */
1862
1863         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1864         if (!zlc)
1865                 return 1;
1866
1867         i = z - zonelist->_zonerefs;
1868         n = zlc->z_to_n[i];
1869
1870         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1871         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1872 }
1873
1874 /*
1875  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1876  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1877  * from that zone don't waste time re-examining it.
1878  */
1879 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1880 {
1881         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1882         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1883
1884         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1885         if (!zlc)
1886                 return;
1887
1888         i = z - zonelist->_zonerefs;
1889
1890         set_bit(i, zlc->fullzones);
1891 }
1892
1893 /*
1894  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1895  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1896  */
1897 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1898 {
1899         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1900
1901         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1902         if (!zlc)
1903                 return;
1904
1905         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1906 }
1907
1908 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1909 {
1910         return local_zone->node == zone->node;
1911 }
1912
1913 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1914 {
1915         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
1916                                 RECLAIM_DISTANCE;
1917 }
1918
1919 #else   /* CONFIG_NUMA */
1920
1921 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1922 {
1923         return NULL;
1924 }
1925
1926 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1927                                 nodemask_t *allowednodes)
1928 {
1929         return 1;
1930 }
1931
1932 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1933 {
1934 }
1935
1936 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1937 {
1938 }
1939
1940 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1941 {
1942         return true;
1943 }
1944
1945 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1946 {
1947         return true;
1948 }
1949
1950 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1951
1952 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
1953 {
1954         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
1955
1956         do {
1957                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
1958                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
1959                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
1960                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1961         } while (zone++ != preferred_zone);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1966  * a page.
1967  */
1968 static struct page *
1969 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1970                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1971                 struct zone *preferred_zone, int classzone_idx, int migratetype)
1972 {
1973         struct zoneref *z;
1974         struct page *page = NULL;
1975         struct zone *zone;
1976         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1977         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1978         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1979         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1980                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
1981         int nr_fair_skipped = 0;
1982         bool zonelist_rescan;
1983
1984 zonelist_scan:
1985         zonelist_rescan = false;
1986
1987         /*
1988          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1989          * See also __cpuset_node_allowed_softwall() comment in kernel/cpuset.c.
1990          */
1991         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1992                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1993                 unsigned long mark;
1994
1995                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1996                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1997                                 continue;
1998                 if (cpusets_enabled() &&
1999                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2000                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
2001                                 continue;
2002                 /*
2003                  * Distribute pages in proportion to the individual
2004                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2005                  * page was allocated in should have no effect on the
2006                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2007                  */
2008                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2009                         if (!zone_local(preferred_zone, zone))
2010                                 break;
2011                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2012                                 nr_fair_skipped++;
2013                                 continue;
2014                         }
2015                 }
2016                 /*
2017                  * When allocating a page cache page for writing, we
2018                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2019                  * limit, such that no single zone holds more than its
2020                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2021                  * The dirty limits take into account the zone's
2022                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2023                  * should be able to balance it without having to
2024                  * write pages from its LRU list.
2025                  *
2026                  * This may look like it could increase pressure on
2027                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2028                  * before they are full.  But the pages that do spill
2029                  * over are limited as the lower zones are protected
2030                  * by this very same mechanism.  It should not become
2031                  * a practical burden to them.
2032                  *
2033                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2034                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2035                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2036                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2037                  * zones are together not big enough to reach the
2038                  * global limit.  The proper fix for these situations
2039                  * will require awareness of zones in the
2040                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2041                  */
2042                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2043                         continue;
2044
2045                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2046                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2047                                        classzone_idx, alloc_flags)) {
2048                         int ret;
2049
2050                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2051                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2052                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2053                                 goto try_this_zone;
2054
2055                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2056                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2057                                 /*
2058                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2059                                  * and before considering the first zone allowed
2060                                  * by the cpuset.
2061                                  */
2062                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2063                                 zlc_active = 1;
2064                                 did_zlc_setup = 1;
2065                         }
2066
2067                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2068                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
2069                                 goto this_zone_full;
2070
2071                         /*
2072                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2073                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2074                          */
2075                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2076                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2077                                 continue;
2078
2079                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2080                         switch (ret) {
2081                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2082                                 /* did not scan */
2083                                 continue;
2084                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2085                                 /* scanned but unreclaimable */
2086                                 continue;
2087                         default:
2088                                 /* did we reclaim enough */
2089                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2090                                                 classzone_idx, alloc_flags))
2091                                         goto try_this_zone;
2092
2093                                 /*
2094                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2095                                  * Only mark the zone full if checking the min
2096                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2097                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2098                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2099                                  * when the watermark is between the low and
2100                                  * min watermarks.
2101                                  */
2102                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2103                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2104                                         goto this_zone_full;
2105
2106                                 continue;
2107                         }
2108                 }
2109
2110 try_this_zone:
2111                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
2112                                                 gfp_mask, migratetype);
2113                 if (page)
2114                         break;
2115 this_zone_full:
2116                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2117                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2118         }
2119
2120         if (page) {
2121                 /*
2122                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
2123                  * necessary to allocate the page. The expectation is
2124                  * that the caller is taking steps that will free more
2125                  * memory. The caller should avoid the page being used
2126                  * for !PFMEMALLOC purposes.
2127                  */
2128                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2129                 return page;
2130         }
2131
2132         /*
2133          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2134          * local node.  However, the local node might have free pages left
2135          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2136          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2137          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2138          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2139          */
2140         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2141                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2142                 if (nr_fair_skipped) {
2143                         zonelist_rescan = true;
2144                         reset_alloc_batches(preferred_zone);
2145                 }
2146                 if (nr_online_nodes > 1)
2147                         zonelist_rescan = true;
2148         }
2149
2150         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2151                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2152                 zlc_active = 0;
2153                 zonelist_rescan = true;
2154         }
2155
2156         if (zonelist_rescan)
2157                 goto zonelist_scan;
2158
2159         return NULL;
2160 }
2161
2162 /*
2163  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2164  * meminfo in irq context.
2165  */
2166 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2167 {
2168         bool ret = false;
2169
2170 #if NODES_SHIFT > 8
2171         ret = in_interrupt();
2172 #endif
2173         return ret;
2174 }
2175
2176 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2177                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2178                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2179
2180 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2181 {
2182         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2183
2184         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2185             debug_guardpage_minorder() > 0)
2186                 return;
2187
2188         /*
2189          * This documents exceptions given to allocations in certain
2190          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2191          * of allowed nodes.
2192          */
2193         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2194                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2195                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2196                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2197         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2198                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2199
2200         if (fmt) {
2201                 struct va_format vaf;
2202                 va_list args;
2203
2204                 va_start(args, fmt);
2205
2206                 vaf.fmt = fmt;
2207                 vaf.va = &args;
2208
2209                 pr_warn("%pV", &vaf);
2210
2211                 va_end(args);
2212         }
2213
2214         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2215                 current->comm, order, gfp_mask);
2216
2217         dump_stack();
2218         if (!should_suppress_show_mem())
2219                 show_mem(filter);
2220 }
2221
2222 static inline int
2223 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2224                                 unsigned long did_some_progress,
2225                                 unsigned long pages_reclaimed)
2226 {
2227         /* Do not loop if specifically requested */
2228         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2229                 return 0;
2230
2231         /* Always retry if specifically requested */
2232         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2233                 return 1;
2234
2235         /*
2236          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2237          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2238          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2239          */
2240         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2241                 return 0;
2242
2243         /*
2244          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2245          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2246          * implementations.
2247          */
2248         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2249                 return 1;
2250
2251         /*
2252          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2253          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2254          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2255          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2256          * allocation still fails, we stop retrying.
2257          */
2258         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2259                 return 1;
2260
2261         return 0;
2262 }
2263
2264 static inline struct page *
2265 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2266         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2267         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2268         int classzone_idx, int migratetype)
2269 {
2270         struct page *page;
2271
2272         /* Acquire the per-zone oom lock for each zone */
2273         if (!oom_zonelist_trylock(zonelist, gfp_mask)) {
2274                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2275                 return NULL;
2276         }
2277
2278         /*
2279          * PM-freezer should be notified that there might be an OOM killer on
2280          * its way to kill and wake somebody up. This is too early and we might
2281          * end up not killing anything but false positives are acceptable.
2282          * See freeze_processes.
2283          */
2284         note_oom_kill();
2285
2286         /*
2287          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2288          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2289          * we're still under heavy pressure.
2290          */
2291         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2292                 order, zonelist, high_zoneidx,
2293                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2294                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2295         if (page)
2296                 goto out;
2297
2298         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2299                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2300                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2301                         goto out;
2302                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2303                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2304                         goto out;
2305                 /*
2306                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2307                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2308                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2309                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2310                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2311                  */
2312                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2313                         goto out;
2314         }
2315         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2316         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2317
2318 out:
2319         oom_zonelist_unlock(zonelist, gfp_mask);
2320         return page;
2321 }
2322
2323 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2324 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2325 static struct page *
2326 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2327         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2328         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2329         int classzone_idx, int migratetype, enum migrate_mode mode,
2330         int *contended_compaction, bool *deferred_compaction)
2331 {
2332         unsigned long compact_result;
2333         struct page *page;
2334
2335         if (!order)
2336                 return NULL;
2337
2338         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2339         compact_result = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2340                                                 nodemask, mode,
2341                                                 contended_compaction,
2342                                                 alloc_flags, classzone_idx);
2343         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2344
2345         switch (compact_result) {
2346         case COMPACT_DEFERRED:
2347                 *deferred_compaction = true;
2348                 /* fall-through */
2349         case COMPACT_SKIPPED:
2350                 return NULL;
2351         default:
2352                 break;
2353         }
2354
2355         /*
2356          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2357          * count a compaction stall
2358          */
2359         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2360
2361         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2362                         order, zonelist, high_zoneidx,
2363                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2364                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2365
2366         if (page) {
2367                 struct zone *zone = page_zone(page);
2368
2369                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2370                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2371                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2372                 return page;
2373         }
2374
2375         /*
2376          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2377          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2378          */
2379         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2380
2381         cond_resched();
2382
2383         return NULL;
2384 }
2385 #else
2386 static inline struct page *
2387 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2388         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2389         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2390         int classzone_idx, int migratetype, enum migrate_mode mode,
2391         int *contended_compaction, bool *deferred_compaction)
2392 {
2393         return NULL;
2394 }
2395 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2396
2397 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2398 static int
2399 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2400                   nodemask_t *nodemask)
2401 {
2402         struct reclaim_state reclaim_state;
2403         int progress;
2404
2405         cond_resched();
2406
2407         /* We now go into synchronous reclaim */
2408         cpuset_memory_pressure_bump();
2409         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2410         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2411         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2412         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2413
2414         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2415
2416         current->reclaim_state = NULL;
2417         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2418         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2419
2420         cond_resched();
2421
2422         return progress;
2423 }
2424
2425 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2426 static inline struct page *
2427 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2428         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2429         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2430         int classzone_idx, int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2431 {
2432         struct page *page = NULL;
2433         bool drained = false;
2434
2435         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2436                                                nodemask);
2437         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2438                 return NULL;
2439
2440         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2441         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2442                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2443
2444 retry:
2445         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2446                                         zonelist, high_zoneidx,
2447                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2448                                         preferred_zone, classzone_idx,
2449                                         migratetype);
2450
2451         /*
2452          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2453          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2454          */
2455         if (!page && !drained) {
2456                 drain_all_pages(NULL);
2457                 drained = true;
2458                 goto retry;
2459         }
2460
2461         return page;
2462 }
2463
2464 /*
2465  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2466  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2467  */
2468 static inline struct page *
2469 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2470         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2471         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2472         int classzone_idx, int migratetype)
2473 {
2474         struct page *page;
2475
2476         do {
2477                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2478                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2479                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2480
2481                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2482                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2483         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2484
2485         return page;
2486 }
2487
2488 static void wake_all_kswapds(unsigned int order,
2489                              struct zonelist *zonelist,
2490                              enum zone_type high_zoneidx,
2491                              struct zone *preferred_zone,
2492                              nodemask_t *nodemask)
2493 {
2494         struct zoneref *z;
2495         struct zone *zone;
2496
2497         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2498                                                 high_zoneidx, nodemask)
2499                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(preferred_zone));
2500 }
2501
2502 static inline int
2503 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2504 {
2505         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2506         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2507
2508         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2509         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2510
2511         /*
2512          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2513          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2514          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2515          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2516          */
2517         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2518
2519         if (atomic) {
2520                 /*
2521                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2522                  * if it can't schedule.
2523                  */
2524                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2525                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2526                 /*
2527                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2528                  * comment for __cpuset_node_allowed_softwall().
2529                  */
2530                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2531         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2532                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2533
2534         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2535                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2536                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2537                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2538                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2539                 else if (!in_interrupt() &&
2540                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2541                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2542                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2543         }
2544 #ifdef CONFIG_CMA
2545         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2546                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2547 #endif
2548         return alloc_flags;
2549 }
2550
2551 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2552 {
2553         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2554 }
2555
2556 static inline struct page *
2557 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2558         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2559         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2560         int classzone_idx, int migratetype)
2561 {
2562         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2563         struct page *page = NULL;
2564         int alloc_flags;
2565         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2566         unsigned long did_some_progress;
2567         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2568         bool deferred_compaction = false;
2569         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2570
2571         /*
2572          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2573          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2574          * be using allocators in order of preference for an area that is
2575          * too large.
2576          */
2577         if (order >= MAX_ORDER) {
2578                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2579                 return NULL;
2580         }
2581
2582         /*
2583          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2584          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2585          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2586          * using a larger set of nodes after it has established that the
2587          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2588          * over allocated.
2589          */
2590         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2591             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2592                 goto nopage;
2593
2594 restart:
2595         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2596                 wake_all_kswapds(order, zonelist, high_zoneidx,
2597                                 preferred_zone, nodemask);
2598
2599         /*
2600          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2601          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2602          * to how we want to proceed.
2603          */
2604         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2605
2606         /*
2607          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2608          * cpusets.
2609          */
2610         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask) {
2611                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2612                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2613                                 NULL, &preferred_zone);
2614                 classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2615         }
2616
2617 rebalance:
2618         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2619         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2620                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2621                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2622         if (page)
2623                 goto got_pg;
2624
2625         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2626         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2627                 /*
2628                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2629                  * the allocation is high priority and these type of
2630                  * allocations are system rather than user orientated
2631                  */
2632                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2633
2634                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2635                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2636                                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2637                 if (page) {
2638                         goto got_pg;
2639                 }
2640         }
2641
2642         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2643         if (!wait) {
2644                 /*
2645                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2646                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2647                  * type of allocation to fail.
2648                  */
2649                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2650                 goto nopage;
2651         }
2652
2653         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2654         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2655                 goto nopage;
2656
2657         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2658         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2659                 goto nopage;
2660
2661         /*
2662          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2663          * attempts after direct reclaim are synchronous
2664          */
2665         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
2666                                         high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
2667                                         preferred_zone,
2668                                         classzone_idx, migratetype,
2669                                         migration_mode, &contended_compaction,
2670                                         &deferred_compaction);
2671         if (page)
2672                 goto got_pg;
2673
2674         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2675         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2676                 /*
2677                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2678                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2679                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2680                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2681                  * instead of entering direct reclaim.
2682                  */
2683                 if (deferred_compaction)
2684                         goto nopage;
2685
2686                 /*
2687                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2688                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2689                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2690                  * so we fallback to base pages instead.
2691                  */
2692                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2693                         goto nopage;
2694
2695                 /*
2696                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2697                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2698                  * khugepaged trying to collapse.
2699                  */
2700                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2701                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2702                         goto nopage;
2703         }
2704
2705         /*
2706          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2707          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2708          * khugepaged trying to collapse.
2709          */
2710         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2711                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2712                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2713
2714         /* Try direct reclaim and then allocating */
2715         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2716                                         zonelist, high_zoneidx,
2717                                         nodemask,
2718                                         alloc_flags, preferred_zone,
2719                                         classzone_idx, migratetype,
2720                                         &did_some_progress);
2721         if (page)
2722                 goto got_pg;
2723
2724         /*
2725          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2726          * running out of options and have to consider going OOM
2727          */
2728         if (!did_some_progress) {
2729                 if (oom_gfp_allowed(gfp_mask)) {
2730                         if (oom_killer_disabled)
2731                                 goto nopage;
2732                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2733                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2734                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2735                                 goto nopage;
2736                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2737                                         zonelist, high_zoneidx,
2738                                         nodemask, preferred_zone,
2739                                         classzone_idx, migratetype);
2740                         if (page)
2741                                 goto got_pg;
2742
2743                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2744                                 /*
2745                                  * The oom killer is not called for high-order
2746                                  * allocations that may fail, so if no progress
2747                                  * is being made, there are no other options and
2748                                  * retrying is unlikely to help.
2749                                  */
2750                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2751                                         goto nopage;
2752                                 /*
2753                                  * The oom killer is not called for lowmem
2754                                  * allocations to prevent needlessly killing
2755                                  * innocent tasks.
2756                                  */
2757                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2758                                         goto nopage;
2759                         }
2760
2761                         goto restart;
2762                 }
2763         }
2764
2765         /* Check if we should retry the allocation */
2766         pages_reclaimed += did_some_progress;
2767         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2768                                                 pages_reclaimed)) {
2769                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2770                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2771                 goto rebalance;
2772         } else {
2773                 /*
2774                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2775                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2776                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2777                  */
2778                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
2779                                         high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
2780                                         preferred_zone,
2781                                         classzone_idx, migratetype,
2782                                         migration_mode, &contended_compaction,
2783                                         &deferred_compaction);
2784                 if (page)
2785                         goto got_pg;
2786         }
2787
2788 nopage:
2789         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2790         return page;
2791 got_pg:
2792         if (kmemcheck_enabled)
2793                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2794
2795         return page;
2796 }
2797
2798 /*
2799  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2800  */
2801 struct page *
2802 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2803                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2804 {
2805         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2806         struct zone *preferred_zone;
2807         struct zoneref *preferred_zoneref;
2808         struct page *page = NULL;
2809         int migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
2810         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2811         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2812         int classzone_idx;
2813
2814         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2815
2816         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2817
2818         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2819
2820         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2821                 return NULL;
2822
2823         /*
2824          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2825          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2826          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2827          */
2828         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2829                 return NULL;
2830
2831         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2832                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2833
2834 retry_cpuset:
2835         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2836
2837         /* The preferred zone is used for statistics later */
2838         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2839                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2840                                 &preferred_zone);
2841         if (!preferred_zone)
2842                 goto out;
2843         classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2844
2845         /* First allocation attempt */
2846         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2847                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2848                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2849         if (unlikely(!page)) {
2850                 /*
2851                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2852                  * can deadlock because I/O on the device might not
2853                  * complete.
2854                  */
2855                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2856                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2857                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2858                                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2859         }
2860
2861         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2862
2863 out:
2864         /*
2865          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2866          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2867          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2868          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2869          */
2870         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2871                 goto retry_cpuset;
2872
2873         return page;
2874 }
2875 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2876
2877 /*
2878  * Common helper functions.
2879  */
2880 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2881 {
2882         struct page *page;
2883
2884         /*
2885          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2886          * a highmem page
2887          */
2888         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2889
2890         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2891         if (!page)
2892                 return 0;
2893         return (unsigned long) page_address(page);
2894 }
2895 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2896
2897 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2898 {
2899         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2900 }
2901 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2902
2903 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2904 {
2905         if (put_page_testzero(page)) {
2906                 if (order == 0)
2907                         free_hot_cold_page(page, false);
2908                 else
2909                         __free_pages_ok(page, order);
2910         }
2911 }
2912
2913 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2914
2915 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2916 {
2917         if (addr != 0) {
2918                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2919                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2920         }
2921 }
2922
2923 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2924
2925 /*
2926  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2927  * of the current memory cgroup.
2928  *
2929  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2930  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2931  */
2932 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2933 {
2934         struct page *page;
2935         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2936
2937         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2938                 return NULL;
2939         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2940         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2941         return page;
2942 }
2943
2944 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2945 {
2946         struct page *page;
2947         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2948
2949         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2950                 return NULL;
2951         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2952         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2953         return page;
2954 }
2955
2956 /*
2957  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
2958  * alloc_kmem_pages.
2959  */
2960 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2961 {
2962         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2963         __free_pages(page, order);
2964 }
2965
2966 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2967 {
2968         if (addr != 0) {
2969                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2970                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2971         }
2972 }
2973
2974 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2975 {
2976         if (addr) {
2977                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2978                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2979
2980                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2981                 while (used < alloc_end) {
2982                         free_page(used);
2983                         used += PAGE_SIZE;
2984                 }
2985         }
2986         return (void *)addr;
2987 }
2988
2989 /**
2990  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2991  * @size: the number of bytes to allocate
2992  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2993  *
2994  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2995  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2996  * allocate memory in power-of-two pages.
2997  *
2998  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2999  *
3000  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3001  */
3002 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3003 {
3004         unsigned int order = get_order(size);
3005         unsigned long addr;
3006
3007         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3008         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3009 }
3010 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3011
3012 /**
3013  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3014  *                         pages on a node.
3015  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3016  * @size: the number of bytes to allocate
3017  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3018  *
3019  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3020  * back.
3021  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3022  * but is not exact.
3023  */
3024 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3025 {
3026         unsigned order = get_order(size);
3027         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3028         if (!p)
3029                 return NULL;
3030         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3031 }
3032
3033 /**
3034  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3035  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3036  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3037  *
3038  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3039  */
3040 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3041 {
3042         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3043         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3044
3045         while (addr < end) {
3046                 free_page(addr);
3047                 addr += PAGE_SIZE;
3048         }
3049 }
3050 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3051
3052 /**
3053  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3054  * @offset: The zone index of the highest zone
3055  *
3056  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3057  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3058  * zone, the number of pages is calculated as:
3059  *     managed_pages - high_pages
3060  */
3061 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3062 {
3063         struct zoneref *z;
3064         struct zone *zone;
3065
3066         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3067         unsigned long sum = 0;
3068
3069         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3070
3071         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3072                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3073                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3074                 if (size > high)
3075                         sum += size - high;
3076         }
3077
3078         return sum;
3079 }
3080
3081 /**
3082  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3083  *
3084  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3085  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3086  */
3087 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3088 {
3089         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3090 }
3091 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3092
3093 /**
3094  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3095  *
3096  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3097  * high watermark within all zones.
3098  */
3099 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3100 {
3101         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3102 }
3103
3104 static inline void show_node(struct zone *zone)
3105 {
3106         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3107                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3108 }
3109
3110 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3111 {
3112         val->totalram = totalram_pages;
3113         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3114         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3115         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3116         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3117         val->freehigh = nr_free_highpages();
3118         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3119 }
3120
3121 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3122
3123 #ifdef CONFIG_NUMA
3124 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3125 {
3126         int zone_type;          /* needs to be signed */
3127         unsigned long managed_pages = 0;
3128         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3129
3130         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3131                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3132         val->totalram = managed_pages;
3133         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3134         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3135 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3136         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3137         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3138                         NR_FREE_PAGES);
3139 #else
3140         val->totalhigh = 0;
3141         val->freehigh = 0;
3142 #endif
3143         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3144 }
3145 #endif
3146
3147 /*
3148  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3149  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3150  */
3151 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3152 {
3153         bool ret = false;
3154         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3155
3156         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3157                 goto out;
3158
3159         do {
3160                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3161                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3162         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3163 out:
3164         return ret;
3165 }
3166
3167 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3168
3169 static void show_migration_types(unsigned char type)
3170 {
3171         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3172                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3173                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3174                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3175                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3176 #ifdef CONFIG_CMA
3177                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3178 #endif
3179 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3180                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3181 #endif
3182         };
3183         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3184         char *p = tmp;
3185         int i;
3186
3187         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3188                 if (type & (1 << i))
3189                         *p++ = types[i];
3190         }
3191
3192         *p = '\0';
3193         printk("(%s) ", tmp);
3194 }
3195
3196 /*
3197  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3198  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3199  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3200  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3201  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3202  */
3203 void show_free_areas(unsigned int filter)
3204 {
3205         int cpu;
3206         struct zone *zone;
3207
3208         for_each_populated_zone(zone) {
3209                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3210                         continue;
3211                 show_node(zone);
3212                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3213
3214                 for_each_online_cpu(cpu) {
3215                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3216
3217                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3218
3219                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3220                                cpu, pageset->pcp.high,
3221                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3222                 }
3223         }
3224
3225         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3226                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3227                 " unevictable:%lu"
3228                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3229                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3230                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3231                 " free_cma:%lu\n",
3232                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3233                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3234                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3235                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3236                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3237                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3238                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3239                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3240                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3241                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3242                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3243                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3244                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3245                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3246                 global_page_state(NR_SHMEM),
3247                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3248                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3249                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3250
3251         for_each_populated_zone(zone) {
3252                 int i;
3253
3254                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3255                         continue;
3256                 show_node(zone);
3257                 printk("%s"
3258                         " free:%lukB"
3259                         " min:%lukB"
3260                         " low:%lukB"
3261                         " high:%lukB"
3262                         " active_anon:%lukB"
3263                         " inactive_anon:%lukB"
3264                         " active_file:%lukB"
3265                         " inactive_file:%lukB"
3266                         " unevictable:%lukB"
3267                         " isolated(anon):%lukB"
3268                         " isolated(file):%lukB"
3269                         " present:%lukB"
3270                         " managed:%lukB"
3271                         " mlocked:%lukB"
3272                         " dirty:%lukB"
3273                         " writeback:%lukB"
3274                         " mapped:%lukB"
3275                         " shmem:%lukB"
3276                         " slab_reclaimable:%lukB"
3277                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3278                         " kernel_stack:%lukB"
3279                         " pagetables:%lukB"
3280                         " unstable:%lukB"
3281                         " bounce:%lukB"
3282                         " free_cma:%lukB"
3283                         " writeback_tmp:%lukB"
3284                         " pages_scanned:%lu"
3285                         " all_unreclaimable? %s"
3286                         "\n",
3287                         zone->name,
3288                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3289                         K(min_wmark_pages(zone)),
3290                         K(low_wmark_pages(zone)),
3291                         K(high_wmark_pages(zone)),
3292                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3293                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3294                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3295                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3296                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3297                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3298                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3299                         K(zone->present_pages),
3300                         K(zone->managed_pages),
3301                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3302                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3303                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3304                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3305                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3306                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3307                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3308                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3309                                 THREAD_SIZE / 1024,
3310                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3311                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3312                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3313                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3314                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3315                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3316                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3317                         );
3318                 printk("lowmem_reserve[]:");
3319                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3320                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3321                 printk("\n");
3322         }
3323
3324         for_each_populated_zone(zone) {
3325                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3326                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3327
3328                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3329                         continue;
3330                 show_node(zone);
3331                 printk("%s: ", zone->name);
3332
3333                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3334                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3335                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3336                         int type;
3337
3338                         nr[order] = area->nr_free;
3339                         total += nr[order] << order;
3340
3341                         types[order] = 0;
3342                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3343                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3344                                         types[order] |= 1 << type;
3345                         }
3346                 }
3347                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3348                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3349                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3350                         if (nr[order])
3351                                 show_migration_types(types[order]);
3352                 }
3353                 printk("= %lukB\n", K(total));
3354         }
3355
3356         hugetlb_show_meminfo();
3357
3358         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3359
3360         show_swap_cache_info();
3361 }
3362
3363 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3364 {
3365         zoneref->zone = zone;
3366         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3367 }
3368
3369 /*
3370  * Builds allocation fallback zone lists.
3371  *
3372  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3373  */
3374 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3375                                 int nr_zones)
3376 {
3377         struct zone *zone;
3378         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3379
3380         do {
3381                 zone_type--;
3382                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3383                 if (populated_zone(zone)) {
3384                         zoneref_set_zone(zone,
3385                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3386                         check_highest_zone(zone_type);
3387                 }
3388         } while (zone_type);
3389
3390         return nr_zones;
3391 }
3392
3393
3394 /*
3395  *  zonelist_order:
3396  *  0 = automatic detection of better ordering.
3397  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3398  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3399  *
3400  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3401  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3402  */
3403 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3404 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3405 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3406
3407 /* zonelist order in the kernel.
3408  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3409  */
3410 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3411 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3412
3413
3414 #ifdef CONFIG_NUMA
3415 /* The value user specified ....changed by config */
3416 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3417 /* string for sysctl */
3418 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3419 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3420
3421 /*
3422  * interface for configure zonelist ordering.
3423  * command line option "numa_zonelist_order"
3424  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3425  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3426  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3427  */
3428
3429 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3430 {
3431         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3432                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3433         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3434                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3435         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3436                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3437         } else {
3438                 printk(KERN_WARNING
3439                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3440                         "%s\n", s);
3441                 return -EINVAL;
3442         }
3443         return 0;
3444 }
3445
3446 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3447 {
3448         int ret;
3449
3450         if (!s)
3451                 return 0;
3452
3453         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3454         if (ret == 0)
3455                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3456
3457         return ret;
3458 }
3459 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3460
3461 /*
3462  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3463  */
3464 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3465                 void __user *buffer, size_t *length,
3466                 loff_t *ppos)
3467 {
3468         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3469         int ret;
3470         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3471
3472         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3473         if (write) {
3474                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3475                         ret = -EINVAL;
3476                         goto out;
3477                 }
3478                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3479         }
3480         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3481         if (ret)
3482                 goto out;
3483         if (write) {
3484                 int oldval = user_zonelist_order;
3485
3486                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3487                 if (ret) {
3488                         /*
3489                          * bogus value.  restore saved string
3490                          */
3491                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3492                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3493                         user_zonelist_order = oldval;
3494                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3495                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3496                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3497                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3498                 }
3499         }
3500 out:
3501         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3502         return ret;
3503 }
3504
3505
3506 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3507 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3508
3509 /**
3510  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3511  * @node: node whose fallback list we're appending
3512  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3513  *
3514  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3515  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3516  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3517  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3518  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3519  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3520  * on them otherwise.
3521  * It returns -1 if no node is found.
3522  */
3523 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3524 {
3525         int n, val;
3526         int min_val = INT_MAX;
3527         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3528         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3529
3530         /* Use the local node if we haven't already */
3531         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3532                 node_set(node, *used_node_mask);
3533                 return node;
3534         }
3535
3536         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3537
3538                 /* Don't want a node to appear more than once */
3539                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3540                         continue;
3541
3542                 /* Use the distance array to find the distance */
3543                 val = node_distance(node, n);
3544
3545                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3546                 val += (n < node);
3547
3548                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3549                 tmp = cpumask_of_node(n);
3550                 if (!cpumask_empty(tmp))
3551                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3552
3553                 /* Slight preference for less loaded node */
3554                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3555                 val += node_load[n];
3556
3557                 if (val < min_val) {
3558                         min_val = val;
3559                         best_node = n;
3560                 }
3561         }
3562
3563         if (best_node >= 0)
3564                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3565
3566         return best_node;
3567 }
3568
3569
3570 /*
3571  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3572  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3573  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3574  */
3575 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3576 {
3577         int j;
3578         struct zonelist *zonelist;
3579
3580         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3581         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3582                 ;
3583         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3584         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3585         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3586 }
3587
3588 /*
3589  * Build gfp_thisnode zonelists
3590  */
3591 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3592 {
3593         int j;
3594         struct zonelist *zonelist;
3595
3596         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3597         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3598         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3599         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3600 }
3601
3602 /*
3603  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3604  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3605  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3606  * may still exist in local DMA zone.
3607  */
3608 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3609
3610 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3611 {
3612         int pos, j, node;
3613         int zone_type;          /* needs to be signed */
3614         struct zone *z;
3615         struct zonelist *zonelist;
3616
3617         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3618         pos = 0;
3619         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3620                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3621                         node = node_order[j];
3622                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3623                         if (populated_zone(z)) {
3624                                 zoneref_set_zone(z,
3625                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3626                                 check_highest_zone(zone_type);
3627                         }
3628                 }
3629         }
3630         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3631         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3632 }
3633
3634 #if defined(CONFIG_64BIT)
3635 /*
3636  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3637  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3638  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3639  */
3640 static int default_zonelist_order(void)
3641 {
3642         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3643 }
3644 #else
3645 /*
3646  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3647  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3648  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3649  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3650  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3651  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3652  */
3653 static int default_zonelist_order(void)
3654 {
3655         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3656 }
3657 #endif /* CONFIG_64BIT */
3658
3659 static void set_zonelist_order(void)
3660 {
3661         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3662                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3663         else
3664                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3665 }
3666
3667 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3668 {
3669         int j, node, load;
3670         enum zone_type i;
3671         nodemask_t used_mask;
3672         int local_node, prev_node;
3673         struct zonelist *zonelist;
3674         int order = current_zonelist_order;
3675
3676         /* initialize zonelists */
3677         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3678                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3679                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3680                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3681         }
3682
3683         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3684         local_node = pgdat->node_id;
3685         load = nr_online_nodes;
3686         prev_node = local_node;
3687         nodes_clear(used_mask);
3688
3689         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3690         j = 0;
3691
3692         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3693                 /*
3694                  * We don't want to pressure a particular node.
3695                  * So adding penalty to the first node in same
3696                  * distance group to make it round-robin.
3697                  */
3698                 if (node_distance(local_node, node) !=
3699                     node_distance(local_node, prev_node))
3700                         node_load[node] = load;
3701
3702                 prev_node = node;
3703                 load--;
3704                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3705                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3706                 else
3707                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3708         }
3709
3710         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3711                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3712                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3713         }
3714
3715         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3716 }
3717
3718 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3719 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3720 {
3721         struct zonelist *zonelist;
3722         struct zonelist_cache *zlc;
3723         struct zoneref *z;
3724
3725         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3726         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3727         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3728         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3729                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3730 }
3731
3732 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3733 /*
3734  * Return node id of node used for "local" allocations.
3735  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3736  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3737  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3738  */
3739 int local_memory_node(int node)
3740 {
3741         struct zone *zone;
3742
3743         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3744                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3745                                    NULL,
3746                                    &zone);
3747         return zone->node;
3748 }
3749 #endif
3750
3751 #else   /* CONFIG_NUMA */
3752
3753 static void set_zonelist_order(void)
3754 {
3755         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3756 }
3757
3758 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3759 {
3760         int node, local_node;
3761         enum zone_type j;
3762         struct zonelist *zonelist;
3763
3764         local_node = pgdat->node_id;
3765
3766         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3767         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3768
3769         /*
3770          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3771          * of all the other nodes.
3772          * We don't want to pressure a particular node, so when
3773          * building the zones for node N, we make sure that the
3774          * zones coming right after the local ones are those from
3775          * node N+1 (modulo N)
3776          */
3777         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3778                 if (!node_online(node))
3779                         continue;
3780                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3781         }
3782         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3783                 if (!node_online(node))
3784                         continue;
3785                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3786         }
3787
3788         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3789         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3790 }
3791
3792 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3793 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3794 {
3795         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3796 }
3797
3798 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3799
3800 /*
3801  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3802  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3803  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3804  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3805  * with interrupts disabled.
3806  *
3807  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3808  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3809  * hotplugged processors.
3810  *
3811  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3812  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3813  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3814  */
3815 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3816 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3817 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3818
3819 /*
3820  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3821  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3822  */
3823 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3824
3825 /* return values int ....just for stop_machine() */
3826 static int __build_all_zonelists(void *data)
3827 {
3828         int nid;
3829         int cpu;
3830         pg_data_t *self = data;
3831
3832 #ifdef CONFIG_NUMA
3833         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3834 #endif
3835
3836         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3837                 build_zonelists(self);
3838                 build_zonelist_cache(self);
3839         }
3840
3841         for_each_online_node(nid) {
3842                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3843
3844                 build_zonelists(pgdat);
3845                 build_zonelist_cache(pgdat);
3846         }
3847
3848         /*
3849          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3850          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3851          * each zone will be allocated later when the per cpu
3852          * allocator is available.
3853          *
3854          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3855          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3856          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3857          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3858          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3859          * (a chicken-egg dilemma).
3860          */
3861         for_each_possible_cpu(cpu) {
3862                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3863
3864 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3865                 /*
3866                  * We now know the "local memory node" for each node--
3867                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3868                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3869                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3870                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3871                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3872                  */
3873                 if (cpu_online(cpu))
3874                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3875 #endif
3876         }
3877
3878         return 0;
3879 }
3880
3881 /*
3882  * Called with zonelists_mutex held always
3883  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3884  */
3885 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3886 {
3887         set_zonelist_order();
3888
3889         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3890                 __build_all_zonelists(NULL);
3891                 mminit_verify_zonelist();
3892                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3893         } else {
3894 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3895                 if (zone)
3896                         setup_zone_pageset(zone);
3897 #endif
3898                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3899                    of zonelist */
3900                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3901                 /* cpuset refresh routine should be here */
3902         }
3903         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3904         /*
3905          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3906          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3907          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3908          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3909          * disabled and enable it later
3910          */
3911         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3912                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3913         else
3914                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3915
3916         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3917                 "Total pages: %ld\n",
3918                         nr_online_nodes,
3919                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3920                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3921                         vm_total_pages);
3922 #ifdef CONFIG_NUMA
3923         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3924 #endif
3925 }
3926
3927 /*
3928  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3929  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3930  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3931  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3932  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3933  * conservative, even though it seems large.
3934  *
3935  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3936  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3937  */
3938 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3939
3940 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3941 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3942 {
3943         unsigned long size = 1;
3944
3945         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3946
3947         while (size < pages)
3948                 size <<= 1;
3949
3950         /*
3951          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3952          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3953          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3954          */
3955         size = min(size, 4096UL);
3956
3957         return max(size, 4UL);
3958 }
3959 #else
3960 /*
3961  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3962  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3963  *
3964  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3965  *
3966  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3967  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3968  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3969  *
3970  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3971  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3972  *
3973  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3974  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3975  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3976  */
3977 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3978 {
3979         return 4096UL;
3980 }
3981 #endif
3982
3983 /*
3984  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3985  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3986  * hash function before the remainder is taken.
3987  */
3988 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3989 {
3990         return ffz(~size);
3991 }
3992
3993 /*
3994  * Check if a pageblock contains reserved pages
3995  */
3996 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3997 {
3998         unsigned long pfn;
3999
4000         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4001                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4002                         return 1;
4003         }
4004         return 0;
4005 }
4006
4007 /*
4008  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4009  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4010  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4011  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4012  * blocks as reclaim kicks in
4013  */
4014 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4015 {
4016         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4017         struct page *page;
4018         unsigned long block_migratetype;
4019         int reserve;
4020         int old_reserve;
4021
4022         /*
4023          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4024          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4025          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4026          * the block.
4027          */
4028         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4029         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4030         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4031         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4032                                                         pageblock_order;
4033
4034         /*
4035          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4036          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4037          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4038          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4039          * future allocation of hugepages at runtime.
4040          */
4041         reserve = min(2, reserve);
4042         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4043
4044         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4045         if (reserve == old_reserve)
4046                 return;
4047         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4048
4049         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4050                 if (!pfn_valid(pfn))
4051                         continue;
4052                 page = pfn_to_page(pfn);
4053
4054                 /* Watch out for overlapping nodes */
4055                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4056                         continue;
4057
4058                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4059
4060                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4061                 if (reserve > 0) {
4062                         /*
4063                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4064                          * them.
4065                          */
4066                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4067                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4068                                 continue;
4069
4070                         /* If this block is reserved, account for it */
4071                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4072                                 reserve--;
4073                                 continue;
4074                         }
4075
4076                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4077                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4078                                 set_pageblock_migratetype(page,
4079                                                         MIGRATE_RESERVE);
4080                                 move_freepages_block(zone, page,
4081                                                         MIGRATE_RESERVE);
4082                                 reserve--;
4083                                 continue;
4084                         }
4085                 } else if (!old_reserve) {
4086                         /*
4087                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4088                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4089                          */
4090                         break;
4091                 }
4092
4093                 /*
4094                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4095                  * take it back
4096                  */
4097                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4098                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4099                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4100                 }
4101         }
4102 }
4103
4104 /*
4105  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4106  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4107  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4108  */
4109 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4110                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4111 {
4112         struct page *page;
4113         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4114         unsigned long pfn;
4115         struct zone *z;
4116
4117         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4118                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4119
4120         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4121         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4122                 /*
4123                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4124                  * handed to this function.  They do not
4125                  * exist on hotplugged memory.
4126                  */
4127                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4128                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4129                                 continue;
4130                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4131                                 continue;
4132                 }
4133                 page = pfn_to_page(pfn);
4134                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4135                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4136                 init_page_count(page);
4137                 page_mapcount_reset(page);
4138                 page_cpupid_reset_last(page);
4139                 SetPageReserved(page);
4140                 /*
4141                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4142                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4143                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4144                  * the address space during boot when many long-lived
4145                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4146                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4147                  * setup_zone_migrate_reserve()
4148                  *
4149                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4150                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4151                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4152                  * pfn out of zone.
4153                  */
4154                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4155                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4156                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4157                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4158
4159                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4160 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4161                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4162                 if (!is_highmem_idx(zone))
4163                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4164 #endif
4165         }
4166 }
4167
4168 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4169 {
4170         unsigned int order, t;
4171         for_each_migratetype_order(order, t) {
4172                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4173                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4174         }
4175 }
4176
4177 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4178 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4179         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4180 #endif
4181
4182 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4183 {
4184 #ifdef CONFIG_MMU
4185         int batch;
4186
4187         /*
4188          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4189          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4190          *
4191          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4192          */
4193         batch = zone->managed_pages / 1024;
4194         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4195                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4196         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4197         if (batch < 1)
4198                 batch = 1;
4199
4200         /*
4201          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4202          * of 2 value was found to be more likely to have
4203          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4204          *
4205          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4206          * batches of pages, one task can end up with a lot
4207          * of pages of one half of the possible page colors
4208          * and the other with pages of the other colors.
4209          */
4210         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4211
4212         return batch;
4213
4214 #else
4215         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4216          * conditions.
4217          *
4218          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4219          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4220          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4221          *
4222          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4223          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4224          * can be a significant delay between the individual batches being
4225          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4226          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4227          */
4228         return 0;
4229 #endif
4230 }
4231
4232 /*
4233  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4234  * ->batch must never be higher then ->high.
4235  * The following function updates them in a safe manner without read side
4236  * locking.
4237  *
4238  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4239  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4240  *
4241  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4242  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4243  * exist).
4244  */
4245 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4246                 unsigned long batch)
4247 {
4248        /* start with a fail safe value for batch */
4249         pcp->batch = 1;
4250         smp_wmb();
4251
4252        /* Update high, then batch, in order */
4253         pcp->high = high;
4254         smp_wmb();
4255
4256         pcp->batch = batch;
4257 }
4258
4259 /* a companion to pageset_set_high() */
4260 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4261 {
4262         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4263 }
4264
4265 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4266 {
4267         struct per_cpu_pages *pcp;
4268         int migratetype;
4269
4270         memset(p, 0, sizeof(*p));
4271
4272         pcp = &p->pcp;
4273         pcp->count = 0;
4274         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4275                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4276 }
4277
4278 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4279 {
4280         pageset_init(p);
4281         pageset_set_batch(p, batch);
4282 }
4283
4284 /*
4285  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4286  * to the value high for the pageset p.
4287  */
4288 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4289                                 unsigned long high)
4290 {
4291         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4292         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4293                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4294
4295         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4296 }
4297
4298 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4299                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4300 {
4301         if (percpu_pagelist_fraction)
4302                 pageset_set_high(pcp,
4303                         (zone->managed_pages /
4304                                 percpu_pagelist_fraction));
4305         else
4306                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4307 }
4308
4309 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4310 {
4311         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4312
4313         pageset_init(pcp);
4314         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4315 }
4316
4317 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4318 {
4319         int cpu;
4320         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4321         for_each_possible_cpu(cpu)
4322                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4323 }
4324
4325 /*
4326  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4327  * Before this call only boot pagesets were available.
4328  */
4329 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4330 {
4331         struct zone *zone;
4332
4333         for_each_populated_zone(zone)
4334                 setup_zone_pageset(zone);
4335 }
4336
4337 static noinline __init_refok
4338 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4339 {
4340         int i;
4341         size_t alloc_size;
4342
4343         /*
4344          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4345          * per zone.
4346          */
4347         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4348                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4349         zone->wait_table_bits =
4350                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4351         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4352                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4353
4354         if (!slab_is_available()) {
4355                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4356                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4357                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4358         } else {
4359                 /*
4360                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4361                  * via memory hot-add.
4362                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4363                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4364                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4365                  * node itself as well.
4366                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4367                  * necessary.
4368                  */
4369                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4370         }
4371         if (!zone->wait_table)
4372                 return -ENOMEM;
4373
4374         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4375                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4376
4377         return 0;
4378 }
4379
4380 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4381 {
4382         /*
4383          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4384          * relies on the ability of the linker to provide the
4385          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4386          */
4387         zone->pageset = &boot_pageset;
4388
4389         if (populated_zone(zone))
4390                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4391                         zone->name, zone->present_pages,
4392                                          zone_batchsize(zone));
4393 }
4394
4395 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4396                                         unsigned long zone_start_pfn,
4397                                         unsigned long size,
4398                                         enum memmap_context context)
4399 {
4400         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4401         int ret;
4402         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4403         if (ret)
4404                 return ret;
4405         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4406
4407         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4408
4409         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4410                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4411                         pgdat->node_id,
4412                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4413                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4414
4415         zone_init_free_lists(zone);
4416
4417         return 0;
4418 }
4419
4420 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4421 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4422 /*
4423  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4424  */
4425 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4426 {
4427         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4428         int nid;
4429         /*
4430          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4431          * when the kernel is running single-threaded.
4432          */
4433         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4434         static int __meminitdata last_nid;
4435
4436         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4437                 return last_nid;
4438
4439         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4440         if (nid != -1) {
4441                 last_start_pfn = start_pfn;
4442                 last_end_pfn = end_pfn;
4443                 last_nid = nid;
4444         }
4445
4446         return nid;
4447 }
4448 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4449
4450 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4451 {
4452         int nid;
4453
4454         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4455         if (nid >= 0)
4456                 return nid;
4457         /* just returns 0 */
4458         return 0;
4459 }
4460
4461 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4462 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4463 {
4464         int nid;
4465
4466         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4467         if (nid >= 0 && nid != node)
4468                 return false;
4469         return true;
4470 }
4471 #endif
4472
4473 /**
4474  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4475  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4476  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4477  *
4478  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4479  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4480  * memblock_free_early_nid() manually.
4481  */
4482 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4483 {
4484         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4485         int i, this_nid;
4486
4487         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4488                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4489                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4490
4491                 if (start_pfn < end_pfn)
4492                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4493                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4494                                         this_nid);
4495         }
4496 }
4497
4498 /**
4499  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4500  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4501  *
4502  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4503  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4504  */
4505 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4506 {
4507         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4508         int i, this_nid;
4509
4510         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4511                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4512 }
4513
4514 /**
4515  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4516  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4517  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4518  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4519  *
4520  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4521  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4522  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4523  * PFNs will be 0.
4524  */
4525 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4526                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4527 {
4528         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4529         int i;
4530
4531         *start_pfn = -1UL;
4532         *end_pfn = 0;
4533
4534         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4535                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4536                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4537         }
4538
4539         if (*start_pfn == -1UL)
4540                 *start_pfn = 0;
4541 }
4542
4543 /*
4544  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4545  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4546  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4547  */
4548 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4549 {
4550         int zone_index;
4551         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4552                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4553                         continue;
4554
4555                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4556                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4557                         break;
4558         }
4559
4560         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4561         movable_zone = zone_index;
4562 }
4563
4564 /*
4565  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4566  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4567  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4568  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4569  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4570  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4571  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4572  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4573  */
4574 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4575                                         unsigned long zone_type,
4576                                         unsigned long node_start_pfn,
4577                                         unsigned long node_end_pfn,
4578                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4579                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4580 {
4581         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4582         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4583                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4584                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4585                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4586                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4587                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4588
4589                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4590                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4591                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4592                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4593
4594                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4595                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4596                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4597         }
4598 }
4599
4600 /*
4601  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4602  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4603  */
4604 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4605                                         unsigned long zone_type,
4606                                         unsigned long node_start_pfn,
4607                                         unsigned long node_end_pfn,
4608                                         unsigned long *ignored)
4609 {
4610         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4611
4612         /* Get the start and end of the zone */
4613         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4614         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4615         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4616                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4617                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4618
4619         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4620         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4621                 return 0;
4622
4623         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4624         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4625         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4626
4627         /* Return the spanned pages */
4628         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4629 }
4630
4631 /*
4632  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4633  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4634  */
4635 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4636                                 unsigned long range_start_pfn,
4637                                 unsigned long range_end_pfn)
4638 {
4639         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4640         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4641         int i;
4642
4643         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4644                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4645                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4646                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4647         }
4648         return nr_absent;
4649 }
4650
4651 /**
4652  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4653  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4654  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4655  *
4656  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4657  */
4658 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4659                                                         unsigned long end_pfn)
4660 {
4661         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4662 }
4663
4664 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4665 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4666                                         unsigned long zone_type,
4667                                         unsigned long node_start_pfn,
4668                                         unsigned long node_end_pfn,
4669                                         unsigned long *ignored)
4670 {
4671         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4672         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4673         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4674
4675         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4676         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4677
4678         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4679                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4680                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4681         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4682 }
4683
4684 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4685 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4686                                         unsigned long zone_type,
4687                                         unsigned long node_start_pfn,
4688                                         unsigned long node_end_pfn,
4689                                         unsigned long *zones_size)
4690 {
4691         return zones_size[zone_type];
4692 }
4693
4694 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4695                                                 unsigned long zone_type,
4696                                                 unsigned long node_start_pfn,
4697                                                 unsigned long node_end_pfn,
4698                                                 unsigned long *zholes_size)
4699 {
4700         if (!zholes_size)
4701                 return 0;
4702
4703         return zholes_size[zone_type];
4704 }
4705
4706 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4707
4708 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4709                                                 unsigned long node_start_pfn,
4710                                                 unsigned long node_end_pfn,
4711                                                 unsigned long *zones_size,
4712                                                 unsigned long *zholes_size)
4713 {
4714         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4715         enum zone_type i;
4716
4717         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4718                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4719                                                          node_start_pfn,
4720                                                          node_end_pfn,
4721                                                          zones_size);
4722         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4723
4724         realtotalpages = totalpages;
4725         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4726                 realtotalpages -=
4727                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4728                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4729                                                   zholes_size);
4730         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4731         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4732                                                         realtotalpages);
4733 }
4734
4735 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4736 /*
4737  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4738  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4739  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4740  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4741  * bytes.
4742  */
4743 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4744 {
4745         unsigned long usemapsize;
4746
4747         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4748         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4749         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4750         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4751         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4752
4753         return usemapsize / 8;
4754 }
4755
4756 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4757                                 struct zone *zone,
4758                                 unsigned long zone_start_pfn,
4759                                 unsigned long zonesize)
4760 {
4761         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4762         zone->pageblock_flags = NULL;
4763         if (usemapsize)
4764                 zone->pageblock_flags =
4765                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4766                                                          pgdat->node_id);
4767 }
4768 #else
4769 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4770                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4771 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4772
4773 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4774
4775 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4776 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4777 {
4778         unsigned int order;
4779
4780         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4781         if (pageblock_order)
4782                 return;
4783
4784         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4785                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4786         else
4787                 order = MAX_ORDER - 1;
4788
4789         /*
4790          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4791          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4792          * powerpc.
4793          */
4794         pageblock_order = order;
4795 }
4796 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4797
4798 /*
4799  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4800  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4801  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4802  * the kernel config
4803  */
4804 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4805 {
4806 }
4807
4808 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4809
4810 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4811                                                    unsigned long present_pages)
4812 {
4813         unsigned long pages = spanned_pages;
4814
4815         /*
4816          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4817          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4818          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4819          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4820          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4821          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4822          */
4823         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4824             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4825                 pages = present_pages;
4826
4827         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4828 }
4829
4830 /*
4831  * Set up the zone data structures:
4832  *   - mark all pages reserved
4833  *   - mark all memory queues empty
4834  *   - clear the memory bitmaps
4835  *
4836  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4837  */
4838 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4839                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4840                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4841 {
4842         enum zone_type j;
4843         int nid = pgdat->node_id;
4844         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4845         int ret;
4846
4847         pgdat_resize_init(pgdat);
4848 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4849         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4850         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4851         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4852 #endif
4853         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4854         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4855
4856         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4857                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4858                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4859
4860                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4861                                                   node_end_pfn, zones_size);
4862                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4863                                                                 node_start_pfn,
4864                                                                 node_end_pfn,
4865                                                                 zholes_size);
4866
4867                 /*
4868                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4869                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4870                  * and per-cpu initialisations
4871                  */
4872                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4873                 if (freesize >= memmap_pages) {
4874                         freesize -= memmap_pages;
4875                         if (memmap_pages)
4876                                 printk(KERN_DEBUG
4877                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4878                                        zone_names[j], memmap_pages);
4879                 } else
4880                         printk(KERN_WARNING
4881                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4882                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4883
4884                 /* Account for reserved pages */
4885                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4886                         freesize -= dma_reserve;
4887                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4888                                         zone_names[0], dma_reserve);
4889                 }
4890
4891                 if (!is_highmem_idx(j))
4892                         nr_kernel_pages += freesize;
4893                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4894                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4895                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4896                 nr_all_pages += freesize;
4897
4898                 zone->spanned_pages = size;
4899                 zone->present_pages = realsize;
4900                 /*
4901                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4902                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4903                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4904                  */
4905                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4906 #ifdef CONFIG_NUMA
4907                 zone->node = nid;
4908                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4909                                                 / 100;
4910                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4911 #endif
4912                 zone->name = zone_names[j];
4913                 spin_lock_init(&zone->lock);
4914                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4915                 zone_seqlock_init(zone);
4916                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4917                 zone_pcp_init(zone);
4918
4919                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4920                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4921
4922                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4923                 if (!size)
4924                         continue;
4925
4926                 set_pageblock_order();
4927                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4928                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4929                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4930                 BUG_ON(ret);
4931                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4932                 zone_start_pfn += size;
4933         }
4934 }
4935
4936 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4937 {
4938         /* Skip empty nodes */
4939         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4940                 return;
4941
4942 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4943         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4944         if (!pgdat->node_mem_map) {
4945                 unsigned long size, start, end;
4946                 struct page *map;
4947
4948                 /*
4949                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4950                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4951                  * for the buddy allocator to function correctly.
4952                  */
4953                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4954                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4955                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4956                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4957                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4958                 if (!map)
4959                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4960                                                                pgdat->node_id);
4961                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4962         }
4963 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4964         /*
4965          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4966          */
4967         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4968                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4969 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4970                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4971                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4972 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4973         }
4974 #endif
4975 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4976 }
4977
4978 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4979                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4980 {
4981         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4982         unsigned long start_pfn = 0;
4983         unsigned long end_pfn = 0;
4984
4985         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4986         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4987
4988         pgdat->node_id = nid;
4989         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4990 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4991         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
4992         printk(KERN_INFO "Initmem setup node %d [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", nid,
4993                         (u64) start_pfn << PAGE_SHIFT, (u64) (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
4994 #endif
4995         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
4996                                   zones_size, zholes_size);
4997
4998         alloc_node_mem_map(pgdat);
4999 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5000         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5001                 nid, (unsigned long)pgdat,
5002                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5003 #endif
5004
5005         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5006                             zones_size, zholes_size);
5007 }
5008
5009 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5010
5011 #if MAX_NUMNODES > 1
5012 /*
5013  * Figure out the number of possible node ids.
5014  */
5015 void __init setup_nr_node_ids(void)
5016 {
5017         unsigned int node;
5018         unsigned int highest = 0;
5019
5020         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5021                 highest = node;
5022         nr_node_ids = highest + 1;
5023 }
5024 #endif
5025
5026 /**
5027  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5028  *
5029  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5030  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5031  * all the nodes.
5032  *
5033  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5034  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5035  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5036  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5037  *
5038  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5039  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5040  * populated node map.
5041  *
5042  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5043  * requirement (single node).
5044  */
5045 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5046 {
5047         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5048         unsigned long start, end, mask;
5049         int last_nid = -1;
5050         int i, nid;
5051
5052         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5053                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5054                         last_nid = nid;
5055                         last_end = end;
5056                         continue;
5057                 }
5058
5059                 /*
5060                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5061                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5062                  * too coarse to separate the current node from the last.
5063                  */
5064                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5065                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5066                         mask <<= 1;
5067
5068                 /* accumulate all internode masks */
5069                 accl_mask |= mask;
5070         }
5071
5072         /* convert mask to number of pages */
5073         return ~accl_mask + 1;
5074 }
5075
5076 /* Find the lowest pfn for a node */
5077 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5078 {
5079         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5080         unsigned long start_pfn;
5081         int i;
5082
5083         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5084                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5085
5086         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5087                 printk(KERN_WARNING
5088                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5089                 return 0;
5090         }
5091
5092         return min_pfn;
5093 }
5094
5095 /**
5096  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5097  *
5098  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5099  * memblock_set_node().
5100  */
5101 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5102 {
5103         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5104 }
5105
5106 /*
5107  * early_calculate_totalpages()
5108  * Sum pages in active regions for movable zone.
5109  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5110  */
5111 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5112 {
5113         unsigned long totalpages = 0;
5114         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5115         int i, nid;
5116
5117         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5118                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5119
5120                 totalpages += pages;
5121                 if (pages)
5122                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5123         }
5124         return totalpages;
5125 }
5126
5127 /*
5128  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5129  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5130  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5131  * others
5132  */
5133 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5134 {
5135         int i, nid;
5136         unsigned long usable_startpfn;
5137         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5138         /* save the state before borrow the nodemask */
5139         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5140         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5141         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5142         struct memblock_region *r;
5143
5144         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5145         find_usable_zone_for_movable();
5146
5147         /*
5148          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5149          * options.
5150          */
5151         if (movable_node_is_enabled()) {
5152                 for_each_memblock(memory, r) {
5153                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5154                                 continue;
5155
5156                         nid = r->nid;
5157
5158                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5159                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5160                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5161                                 usable_startpfn;
5162                 }
5163
5164                 goto out2;
5165         }
5166
5167         /*
5168          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5169          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5170          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5171          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5172          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5173          * what movablecore would have allowed.
5174          */
5175         if (required_movablecore) {
5176                 unsigned long corepages;
5177
5178                 /*
5179                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5180                  * was requested by the user
5181                  */
5182                 required_movablecore =
5183                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5184                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5185
5186                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5187         }
5188
5189         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5190         if (!required_kernelcore)
5191                 goto out;
5192
5193         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5194         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5195
5196 restart:
5197         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5198         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5199         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5200                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5201
5202                 /*
5203                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5204                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5205                  * amount of memory for the kernel
5206                  */
5207                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5208                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5209
5210                 /*
5211                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5212                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5213                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5214                  */
5215                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5216
5217                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5218                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5219                         unsigned long size_pages;
5220
5221                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5222                         if (start_pfn >= end_pfn)
5223                                 continue;
5224
5225                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5226                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5227                                 unsigned long kernel_pages;
5228                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5229                                                                 - start_pfn;
5230
5231                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5232                                                         kernelcore_remaining);
5233                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5234                                                         required_kernelcore);
5235
5236                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5237                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5238
5239                                         /*
5240                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5241                                          * that if we have to rebalance
5242                                          * kernelcore across nodes, we will
5243                                          * not double account here
5244                                          */
5245                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5246                                         continue;
5247                                 }
5248                                 start_pfn = usable_startpfn;
5249                         }
5250
5251                         /*
5252                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5253                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5254                          * number of pages used as kernelcore
5255                          */
5256                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5257                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5258                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5259                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5260
5261                         /*
5262                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5263                          * break if the kernelcore for this node has been
5264                          * satisfied
5265                          */
5266                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5267                                                                 size_pages);
5268                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5269                         if (!kernelcore_remaining)
5270                                 break;
5271                 }
5272         }
5273
5274         /*
5275          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5276          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5277          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5278          * satisfied
5279          */
5280         usable_nodes--;
5281         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5282                 goto restart;
5283
5284 out2:
5285         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5286         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5287                 zone_movable_pfn[nid] =
5288                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5289
5290 out:
5291         /* restore the node_state */
5292         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5293 }
5294
5295 /* Any regular or high memory on that node ? */
5296 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5297 {
5298         enum zone_type zone_type;
5299
5300         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5301                 return;
5302
5303         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5304                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5305                 if (populated_zone(zone)) {
5306                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5307                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5308                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5309                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5310                         break;
5311                 }
5312         }
5313 }
5314
5315 /**
5316  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5317  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5318  *
5319  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5320  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5321  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5322  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5323  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5324  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5325  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5326  * at arch_max_dma_pfn.
5327  */
5328 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5329 {
5330         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5331         int i, nid;
5332
5333         /* Record where the zone boundaries are */
5334         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5335                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5336         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5337                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5338         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5339         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5340         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5341                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5342                         continue;
5343                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5344                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5345                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5346                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5347         }
5348         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5349         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5350
5351         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5352         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5353         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5354
5355         /* Print out the zone ranges */
5356         pr_info("Zone ranges:\n");
5357         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5358                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5359                         continue;
5360                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5361                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5362                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5363                         pr_cont("empty\n");
5364                 else
5365                         pr_cont("[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5366                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5367                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5368                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5369         }
5370
5371         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5372         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5373         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5374                 if (zone_movable_pfn[i])
5375                         pr_info("  Node %d: %#010lx\n", i,
5376                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5377         }
5378
5379         /* Print out the early node map */
5380         pr_info("Early memory node ranges\n");
5381         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5382                 pr_info("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5383                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5384
5385         /* Initialise every node */
5386         mminit_verify_pageflags_layout();
5387         setup_nr_node_ids();
5388         for_each_online_node(nid) {
5389                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5390                 free_area_init_node(nid, NULL,
5391                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5392
5393                 /* Any memory on that node */
5394                 if (pgdat->node_present_pages)
5395                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5396                 check_for_memory(pgdat, nid);
5397         }
5398 }
5399
5400 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5401 {
5402         unsigned long long coremem;
5403         if (!p)
5404                 return -EINVAL;
5405
5406         coremem = memparse(p, &p);
5407         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5408
5409         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5410         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5411
5412         return 0;
5413 }
5414
5415 /*
5416  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5417  * cannot be reclaimed or migrated.
5418  */
5419 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5420 {
5421         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5422 }
5423
5424 /*
5425  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5426  * can be reclaimed or migrated.
5427  */
5428 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5429 {
5430         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5431 }
5432
5433 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5434 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5435
5436 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5437
5438 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5439 {
5440         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5441         page_zone(page)->managed_pages += count;
5442         totalram_pages += count;
5443 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5444         if (PageHighMem(page))
5445                 totalhigh_pages += count;
5446 #endif
5447         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5448 }
5449 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5450
5451 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5452 {
5453         void *pos;
5454         unsigned long pages = 0;
5455
5456         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5457         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5458         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5459                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5460                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5461                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5462         }
5463
5464         if (pages && s)
5465                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5466                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5467
5468         return pages;
5469 }
5470 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5471
5472 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5473 void free_highmem_page(struct page *page)
5474 {
5475         __free_reserved_page(page);
5476         totalram_pages++;
5477         page_zone(page)->managed_pages++;
5478         totalhigh_pages++;
5479 }
5480 #endif
5481
5482
5483 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5484 {
5485         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5486         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5487
5488         physpages = get_num_physpages();
5489         codesize = _etext - _stext;
5490         datasize = _edata - _sdata;
5491         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5492         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5493         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5494         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5495
5496         /*
5497          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5498          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5499          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5500          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5501          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5502          */
5503 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5504         do { \
5505                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5506                         size -= adj; \
5507         } while (0)
5508
5509         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5510                      _sinittext, init_code_size);
5511         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5512         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5513         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5514         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5515
5516 #undef  adj_init_size
5517
5518         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5519                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5520                "%luK init, %luK bss, %luK reserved"
5521 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5522                ", %luK highmem"
5523 #endif
5524                "%s%s)\n",
5525                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5526                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5527                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5528                (physpages - totalram_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5529 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5530                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5531 #endif
5532                str ? ", " : "", str ? str : "");
5533 }
5534
5535 /**
5536  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5537  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5538  *
5539  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5540  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5541  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5542  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5543  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5544  * smaller per-cpu batchsize.
5545  */
5546 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5547 {
5548         dma_reserve = new_dma_reserve;
5549 }
5550
5551 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5552 {
5553         free_area_init_node(0, zones_size,
5554                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5555 }
5556
5557 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5558                                  unsigned long action, void *hcpu)
5559 {
5560         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5561
5562         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5563                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5564                 drain_pages(cpu);
5565
5566                 /*
5567                  * Spill the event counters of the dead processor
5568                  * into the current processors event counters.
5569                  * This artificially elevates the count of the current
5570                  * processor.
5571                  */
5572                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5573
5574                 /*
5575                  * Zero the differential counters of the dead processor
5576                  * so that the vm statistics are consistent.
5577                  *
5578                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5579                  * race with what we are doing.
5580                  */
5581                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5582         }
5583         return NOTIFY_OK;
5584 }
5585
5586 void __init page_alloc_init(void)
5587 {
5588         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5589 }
5590
5591 /*
5592  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5593  *      or min_free_kbytes changes.
5594  */
5595 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5596 {
5597         struct pglist_data *pgdat;
5598         unsigned long reserve_pages = 0;
5599         enum zone_type i, j;
5600
5601         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5602                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5603                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5604                         long max = 0;
5605
5606                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5607                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5608                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5609                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5610                         }
5611
5612                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5613                         max += high_wmark_pages(zone);
5614
5615                         if (max > zone->managed_pages)
5616                                 max = zone->managed_pages;
5617                         reserve_pages += max;
5618                         /*
5619                          * Lowmem reserves are not available to
5620                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5621                          * kswapd tries to balance zones to their high
5622                          * watermark.  As a result, neither should be
5623                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5624                          * situation where reclaim has to clean pages
5625                          * in order to balance the zones.
5626                          */
5627                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5628                 }
5629         }
5630         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5631         totalreserve_pages = reserve_pages;
5632 }
5633
5634 /*
5635  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5636  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5637  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5638  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5639  */
5640 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5641 {
5642         struct pglist_data *pgdat;
5643         enum zone_type j, idx;
5644
5645         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5646                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5647                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5648                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5649
5650                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5651
5652                         idx = j;
5653                         while (idx) {
5654                                 struct zone *lower_zone;
5655
5656                                 idx--;
5657
5658                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5659                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5660
5661                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5662                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5663                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5664                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5665                         }
5666                 }
5667         }
5668
5669         /* update totalreserve_pages */
5670         calculate_totalreserve_pages();
5671 }
5672
5673 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5674 {
5675         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5676         unsigned long lowmem_pages = 0;
5677         struct zone *zone;
5678         unsigned long flags;
5679
5680         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5681         for_each_zone(zone) {
5682                 if (!is_highmem(zone))
5683                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5684         }
5685
5686         for_each_zone(zone) {
5687                 u64 tmp;
5688
5689                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5690                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5691                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5692                 if (is_highmem(zone)) {
5693                         /*
5694                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5695                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5696                          * value here.
5697                          *
5698                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5699                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5700                          * not be capped for highmem.
5701                          */
5702                         unsigned long min_pages;
5703
5704                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5705                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5706                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5707                 } else {
5708                         /*
5709                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5710                          * proportionate to the zone's size.
5711                          */
5712                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5713                 }
5714
5715                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5716                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5717
5718                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5719                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5720                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5721
5722                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5723                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5724         }
5725
5726         /* update totalreserve_pages */
5727         calculate_totalreserve_pages();
5728 }
5729
5730 /**
5731  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5732  * or when memory is hot-{added|removed}
5733  *
5734  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5735  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5736  */
5737 void setup_per_zone_wmarks(void)
5738 {
5739         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5740         __setup_per_zone_wmarks();
5741         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5742 }
5743
5744 /*
5745  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5746  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5747  * to be referenced again before it is swapped out.
5748  *
5749  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5750  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5751  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5752  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5753  *
5754  * total     target    max
5755  * memory    ratio     inactive anon
5756  * -------------------------------------
5757  *   10MB       1         5MB
5758  *  100MB       1        50MB
5759  *    1GB       3       250MB
5760  *   10GB      10       0.9GB
5761  *  100GB      31         3GB
5762  *    1TB     101        10GB
5763  *   10TB     320        32GB
5764  */
5765 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5766 {
5767         unsigned int gb, ratio;
5768
5769         /* Zone size in gigabytes */
5770         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5771         if (gb)
5772                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5773         else
5774                 ratio = 1;
5775
5776         zone->inactive_ratio = ratio;
5777 }
5778
5779 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5780 {
5781         struct zone *zone;
5782
5783         for_each_zone(zone)
5784                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5785 }
5786
5787 /*
5788  * Initialise min_free_kbytes.
5789  *
5790  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5791  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5792  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5793  *
5794  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5795  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5796  *
5797  * which yields
5798  *
5799  * 16MB:        512k
5800  * 32MB:        724k
5801  * 64MB:        1024k
5802  * 128MB:       1448k
5803  * 256MB:       2048k
5804  * 512MB:       2896k
5805  * 1024MB:      4096k
5806  * 2048MB:      5792k
5807  * 4096MB:      8192k
5808  * 8192MB:      11584k
5809  * 16384MB:     16384k
5810  */
5811 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5812 {
5813         unsigned long lowmem_kbytes;
5814         int new_min_free_kbytes;
5815
5816         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5817         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5818
5819         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5820                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5821                 if (min_free_kbytes < 128)
5822                         min_free_kbytes = 128;
5823                 if (min_free_kbytes > 65536)
5824                         min_free_kbytes = 65536;
5825         } else {
5826                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5827                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5828         }
5829         setup_per_zone_wmarks();
5830         refresh_zone_stat_thresholds();
5831         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5832         setup_per_zone_inactive_ratio();
5833         return 0;
5834 }
5835 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5836
5837 /*
5838  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5839  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5840  *      changes.
5841  */
5842 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5843         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5844 {
5845         int rc;
5846
5847         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5848         if (rc)
5849                 return rc;
5850
5851         if (write) {
5852                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5853                 setup_per_zone_wmarks();
5854         }
5855         return 0;
5856 }
5857
5858 #ifdef CONFIG_NUMA
5859 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5860         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5861 {
5862         struct zone *zone;
5863         int rc;
5864
5865         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5866         if (rc)
5867                 return rc;
5868
5869         for_each_zone(zone)
5870                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5871                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5872         return 0;
5873 }
5874
5875 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5876         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5877 {
5878         struct zone *zone;
5879         int rc;
5880
5881         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5882         if (rc)
5883                 return rc;
5884
5885         for_each_zone(zone)
5886                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5887                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5888         return 0;
5889 }
5890 #endif
5891
5892 /*
5893  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5894  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5895  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5896  *
5897  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5898  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5899  * if in function of the boot time zone sizes.
5900  */
5901 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5902         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5903 {
5904         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5905         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5906         return 0;
5907 }
5908
5909 /*
5910  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5911  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5912  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5913  */
5914 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5915         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5916 {
5917         struct zone *zone;
5918         int old_percpu_pagelist_fraction;
5919         int ret;
5920
5921         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5922         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5923
5924         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5925         if (!write || ret < 0)
5926                 goto out;
5927
5928         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5929         if (percpu_pagelist_fraction &&
5930             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5931                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5932                 ret = -EINVAL;
5933                 goto out;
5934         }
5935
5936         /* No change? */
5937         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5938                 goto out;
5939
5940         for_each_populated_zone(zone) {
5941                 unsigned int cpu;
5942
5943                 for_each_possible_cpu(cpu)
5944                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5945                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5946         }
5947 out:
5948         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5949         return ret;
5950 }
5951
5952 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5953
5954 #ifdef CONFIG_NUMA
5955 static int __init set_hashdist(char *str)
5956 {
5957         if (!str)
5958                 return 0;
5959         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5960         return 1;
5961 }
5962 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5963 #endif
5964
5965 /*
5966  * allocate a large system hash table from bootmem
5967  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5968  *   quantity of entries
5969  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5970  */
5971 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5972                                      unsigned long bucketsize,
5973                                      unsigned long numentries,
5974                                      int scale,
5975                                      int flags,
5976                                      unsigned int *_hash_shift,
5977                                      unsigned int *_hash_mask,
5978                                      unsigned long low_limit,
5979                                      unsigned long high_limit)
5980 {
5981         unsigned long long max = high_limit;
5982         unsigned long log2qty, size;
5983         void *table = NULL;
5984
5985         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5986         if (!numentries) {
5987                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5988                 numentries = nr_kernel_pages;
5989
5990                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
5991                 if (PAGE_SHIFT < 20)
5992                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
5993
5994                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5995                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5996                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5997                 else
5998                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5999
6000                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6001                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6002                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6003                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6004                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6005                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6006                                 BUG_ON(!numentries);
6007                         }
6008                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6009                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6010         }
6011         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6012
6013         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6014         if (max == 0) {
6015                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6016                 do_div(max, bucketsize);
6017         }
6018         max = min(max, 0x80000000ULL);
6019
6020         if (numentries < low_limit)
6021                 numentries = low_limit;
6022         if (numentries > max)
6023                 numentries = max;
6024
6025         log2qty = ilog2(numentries);
6026
6027         do {
6028                 size = bucketsize << log2qty;
6029                 if (flags & HASH_EARLY)
6030                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6031                 else if (hashdist)
6032                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6033                 else {
6034                         /*
6035                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6036                          * some pages at the end of hash table which
6037                          * alloc_pages_exact() automatically does
6038                          */
6039                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6040                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6041                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6042                         }
6043                 }
6044         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6045
6046         if (!table)
6047                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6048
6049         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6050                tablename,
6051                (1UL << log2qty),
6052                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6053                size);
6054
6055         if (_hash_shift)
6056                 *_hash_shift = log2qty;
6057         if (_hash_mask)
6058                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6059
6060         return table;
6061 }
6062
6063 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6064 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6065                                                         unsigned long pfn)
6066 {
6067 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6068         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6069 #else
6070         return zone->pageblock_flags;
6071 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6072 }
6073
6074 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6075 {
6076 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6077         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6078         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6079 #else
6080         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6081         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6082 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6083 }
6084
6085 /**
6086  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6087  * @page: The page within the block of interest
6088  * @pfn: The target page frame number
6089  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6090  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6091  *
6092  * Return: pageblock_bits flags
6093  */
6094 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6095                                         unsigned long end_bitidx,
6096                                         unsigned long mask)
6097 {
6098         struct zone *zone;
6099         unsigned long *bitmap;
6100         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6101         unsigned long word;
6102
6103         zone = page_zone(page);
6104         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6105         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6106         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6107         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6108
6109         word = bitmap[word_bitidx];
6110         bitidx += end_bitidx;
6111         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6112 }
6113
6114 /**
6115  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6116  * @page: The page within the block of interest
6117  * @flags: The flags to set
6118  * @pfn: The target page frame number
6119  * @end_bitidx: The last bit of interest
6120  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6121  */
6122 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6123                                         unsigned long pfn,
6124                                         unsigned long end_bitidx,
6125                                         unsigned long mask)
6126 {
6127         struct zone *zone;
6128         unsigned long *bitmap;
6129         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6130         unsigned long old_word, word;
6131
6132         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6133
6134         zone = page_zone(page);
6135         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6136         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6137         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6138         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6139
6140         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6141
6142         bitidx += end_bitidx;
6143         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6144         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6145
6146         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6147         for (;;) {
6148                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6149                 if (word == old_word)
6150                         break;
6151                 word = old_word;
6152         }
6153 }
6154
6155 /*
6156  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6157  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6158  *
6159  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6160  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6161  * expect this function should be exact.
6162  */
6163 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6164                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6165 {
6166         unsigned long pfn, iter, found;
6167         int mt;
6168
6169         /*
6170          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6171          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6172          */
6173         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6174                 return false;
6175         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6176         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6177                 return false;
6178
6179         pfn = page_to_pfn(page);
6180         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6181                 unsigned long check = pfn + iter;
6182
6183                 if (!pfn_valid_within(check))
6184                         continue;
6185
6186                 page = pfn_to_page(check);
6187
6188                 /*
6189                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6190                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6191                  * handle each tail page individually in migration.
6192                  */
6193                 if (PageHuge(page)) {
6194                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6195                         continue;
6196                 }
6197
6198                 /*
6199                  * We can't use page_count without pin a page
6200                  * because another CPU can free compound page.
6201                  * This check already skips compound tails of THP
6202                  * because their page->_count is zero at all time.
6203                  */
6204                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6205                         if (PageBuddy(page))
6206                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6207                         continue;
6208                 }
6209
6210                 /*
6211                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6212                  * page_count() is not 0.
6213                  */
6214                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6215                         continue;
6216
6217                 if (!PageLRU(page))
6218                         found++;
6219                 /*
6220                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
6221                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
6222                  * and it still to be fixed.
6223                  */
6224                 /*
6225                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6226                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6227                  *
6228                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6229                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6230                  * page at boot.
6231                  */
6232                 if (found > count)
6233                         return true;
6234         }
6235         return false;
6236 }
6237
6238 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6239 {
6240         struct zone *zone;
6241         unsigned long pfn;
6242
6243         /*
6244          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6245          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6246          * the zone but still within the section.
6247          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6248          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6249          */
6250         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6251                 return false;
6252
6253         zone = page_zone(page);
6254         pfn = page_to_pfn(page);
6255         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6256                 return false;
6257
6258         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6259 }
6260
6261 #ifdef CONFIG_CMA
6262
6263 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6264 {
6265         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6266                              pageblock_nr_pages) - 1);
6267 }
6268
6269 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6270 {
6271         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6272                                 pageblock_nr_pages));
6273 }
6274
6275 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6276 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6277                                         unsigned long start, unsigned long end)
6278 {
6279         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6280         unsigned long nr_reclaimed;
6281         unsigned long pfn = start;
6282         unsigned int tries = 0;
6283         int ret = 0;
6284
6285         migrate_prep();
6286
6287         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6288                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6289                         ret = -EINTR;
6290                         break;
6291                 }
6292
6293                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6294                         cc->nr_migratepages = 0;
6295                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6296                         if (!pfn) {
6297                                 ret = -EINTR;
6298                                 break;
6299                         }
6300                         tries = 0;
6301                 } else if (++tries == 5) {
6302                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6303                         break;
6304                 }
6305
6306                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6307                                                         &cc->migratepages);
6308                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6309
6310                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6311                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6312         }
6313         if (ret < 0) {
6314                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6315                 return ret;
6316         }
6317         return 0;
6318 }
6319
6320 /**
6321  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6322  * @start:      start PFN to allocate
6323  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6324  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6325  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6326  *                      in range must have the same migratetype and it must
6327  *                      be either of the two.
6328  *
6329  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6330  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6331  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6332  * pages fall in.
6333  *
6334  * The PFN range must belong to a single zone.
6335  *
6336  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6337  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6338  * need to be freed with free_contig_range().
6339  */
6340 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6341                        unsigned migratetype)
6342 {
6343         unsigned long outer_start, outer_end;
6344         int ret = 0, order;
6345
6346         struct compact_control cc = {
6347                 .nr_migratepages = 0,
6348                 .order = -1,
6349                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6350                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6351                 .ignore_skip_hint = true,
6352         };
6353         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6354
6355         /*
6356          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6357          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6358          * have different sizes, and due to the way page allocator
6359          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6360          * that page allocator won't try to merge buddies from
6361          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6362          * other migration type.
6363          *
6364          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6365          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6366          * we are interested in).  This will put all the pages in
6367          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6368          *
6369          * When this is done, we take the pages in range from page
6370          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6371          * page allocator will never consider using them.
6372          *
6373          * This lets us mark the pageblocks back as
6374          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6375          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6376          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6377          */
6378
6379         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6380                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6381                                        false);
6382         if (ret)
6383                 return ret;
6384
6385         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6386         if (ret)
6387                 goto done;
6388
6389         /*
6390          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6391          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6392          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6393          * What we are going to do is to allocate all pages from
6394          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6395          *
6396          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6397          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6398          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6399          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6400          * once this is done free the pages we are not interested in.
6401          *
6402          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6403          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6404          */
6405
6406         lru_add_drain_all();
6407         drain_all_pages(cc.zone);
6408
6409         order = 0;
6410         outer_start = start;
6411         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6412                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6413                         ret = -EBUSY;
6414                         goto done;
6415                 }
6416                 outer_start &= ~0UL << order;
6417         }
6418
6419         /* Make sure the range is really isolated. */
6420         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6421                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6422                         __func__, outer_start, end);
6423                 ret = -EBUSY;
6424                 goto done;
6425         }
6426
6427         /* Grab isolated pages from freelists. */
6428         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6429         if (!outer_end) {
6430                 ret = -EBUSY;
6431                 goto done;
6432         }
6433
6434         /* Free head and tail (if any) */
6435         if (start != outer_start)
6436                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6437         if (end != outer_end)
6438                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6439
6440 done:
6441         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6442                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6443         return ret;
6444 }
6445
6446 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6447 {
6448         unsigned int count = 0;
6449
6450         for (; nr_pages--; pfn++) {
6451                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6452
6453                 count += page_count(page) != 1;
6454                 __free_page(page);
6455         }
6456         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6457 }
6458 #endif
6459
6460 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6461 /*
6462  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6463  * page high values need to be recalulated.
6464  */
6465 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6466 {
6467         unsigned cpu;
6468         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6469         for_each_possible_cpu(cpu)
6470                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6471                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6472         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6473 }
6474 #endif
6475
6476 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6477 {
6478         unsigned long flags;
6479         int cpu;
6480         struct per_cpu_pageset *pset;
6481
6482         /* avoid races with drain_pages()  */
6483         local_irq_save(flags);
6484         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6485                 for_each_online_cpu(cpu) {
6486                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6487                         drain_zonestat(zone, pset);
6488                 }
6489                 free_percpu(zone->pageset);
6490                 zone->pageset = &boot_pageset;
6491         }
6492         local_irq_restore(flags);
6493 }
6494
6495 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6496 /*
6497  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6498  */
6499 void
6500 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6501 {
6502         struct page *page;
6503         struct zone *zone;
6504         unsigned int order, i;
6505         unsigned long pfn;
6506         unsigned long flags;
6507         /* find the first valid pfn */
6508         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6509                 if (pfn_valid(pfn))
6510                         break;
6511         if (pfn == end_pfn)
6512                 return;
6513         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6514         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6515         pfn = start_pfn;
6516         while (pfn < end_pfn) {
6517                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6518                         pfn++;
6519                         continue;
6520                 }
6521                 page = pfn_to_page(pfn);
6522                 /*
6523                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6524                  * page_count() is not 0.
6525                  */
6526                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6527                         pfn++;
6528                         SetPageReserved(page);
6529                         continue;
6530                 }
6531
6532                 BUG_ON(page_count(page));
6533                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6534                 order = page_order(page);
6535 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6536                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6537                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6538 #endif
6539                 list_del(&page->lru);
6540                 rmv_page_order(page);
6541                 zone->free_area[order].nr_free--;
6542                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6543                         SetPageReserved((page+i));
6544                 pfn += (1 << order);
6545         }
6546         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6547 }
6548 #endif
6549
6550 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6551 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6552 {
6553         struct zone *zone = page_zone(page);
6554         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6555         unsigned long flags;
6556         unsigned int order;
6557
6558         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6559         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6560                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6561
6562                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6563                         break;
6564         }
6565         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6566
6567         return order < MAX_ORDER;
6568 }
6569 #endif