bna: get rid of mac_t
[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/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64
65 #include <asm/sections.h>
66 #include <asm/tlbflush.h>
67 #include <asm/div64.h>
68 #include "internal.h"
69
70 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
71 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
72 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
73
74 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
75 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
76 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
77 #endif
78
79 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
80 /*
81  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
82  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
83  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
84  * defined in <linux/topology.h>.
85  */
86 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
88 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
89 #endif
90
91 /*
92  * Array of node states.
93  */
94 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
95         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
96         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
97 #ifndef CONFIG_NUMA
98         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
100         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
103         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif  /* NUMA */
107 };
108 EXPORT_SYMBOL(node_states);
109
110 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
111 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
112
113 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
114 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
116 /*
117  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
118  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
119  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
120  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
121  */
122 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
123
124 int percpu_pagelist_fraction;
125 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
126
127 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
128 /*
129  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
130  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
131  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
132  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
133  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
134  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
135  */
136
137 static gfp_t saved_gfp_mask;
138
139 void pm_restore_gfp_mask(void)
140 {
141         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
142         if (saved_gfp_mask) {
143                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
144                 saved_gfp_mask = 0;
145         }
146 }
147
148 void pm_restrict_gfp_mask(void)
149 {
150         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
151         WARN_ON(saved_gfp_mask);
152         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
153         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
154 }
155
156 bool pm_suspended_storage(void)
157 {
158         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
159                 return false;
160         return true;
161 }
162 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
163
164 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
165 int pageblock_order __read_mostly;
166 #endif
167
168 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
169
170 /*
171  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
172  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
173  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
174  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
175  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
176  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
177  *
178  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
179  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
180  */
181 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
182 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
183          256,
184 #endif
185 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
186          256,
187 #endif
188 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
189          32,
190 #endif
191          32,
192 };
193
194 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
195
196 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
198          "DMA",
199 #endif
200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
201          "DMA32",
202 #endif
203          "Normal",
204 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
205          "HighMem",
206 #endif
207          "Movable",
208 };
209
210 int min_free_kbytes = 1024;
211 int user_min_free_kbytes = -1;
212
213 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
214 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
215 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
216
217 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
218 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
221 static unsigned long __initdata required_movablecore;
222 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
223
224 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
225 int movable_zone;
226 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
227 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
228
229 #if MAX_NUMNODES > 1
230 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
231 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
232 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
233 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
234 #endif
235
236 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
237
238 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
239 {
240         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
241                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
242                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
243
244         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
245                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
246 }
247
248 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
249 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
250 {
251         int ret = 0;
252         unsigned seq;
253         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
254         unsigned long sp, start_pfn;
255
256         do {
257                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
258                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
259                 sp = zone->spanned_pages;
260                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
261                         ret = 1;
262         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
263
264         if (ret)
265                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
266                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
267                         start_pfn, start_pfn + sp);
268
269         return ret;
270 }
271
272 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
273 {
274         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
275                 return 0;
276         if (zone != page_zone(page))
277                 return 0;
278
279         return 1;
280 }
281 /*
282  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
283  */
284 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
285 {
286         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
287                 return 1;
288         if (!page_is_consistent(zone, page))
289                 return 1;
290
291         return 0;
292 }
293 #else
294 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
295 {
296         return 0;
297 }
298 #endif
299
300 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
301                 unsigned long bad_flags)
302 {
303         static unsigned long resume;
304         static unsigned long nr_shown;
305         static unsigned long nr_unshown;
306
307         /* Don't complain about poisoned pages */
308         if (PageHWPoison(page)) {
309                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
310                 return;
311         }
312
313         /*
314          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
315          * or allow a steady drip of one report per second.
316          */
317         if (nr_shown == 60) {
318                 if (time_before(jiffies, resume)) {
319                         nr_unshown++;
320                         goto out;
321                 }
322                 if (nr_unshown) {
323                         printk(KERN_ALERT
324                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
325                                 nr_unshown);
326                         nr_unshown = 0;
327                 }
328                 nr_shown = 0;
329         }
330         if (nr_shown++ == 0)
331                 resume = jiffies + 60 * HZ;
332
333         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
334                 current->comm, page_to_pfn(page));
335         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
336
337         print_modules();
338         dump_stack();
339 out:
340         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
341         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
342         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
343 }
344
345 /*
346  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
347  *
348  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
349  *
350  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
351  *
352  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
353  * pointing at the head page.
354  *
355  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
356  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
357  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
358  */
359
360 static void free_compound_page(struct page *page)
361 {
362         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
363 }
364
365 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
366 {
367         int i;
368         int nr_pages = 1 << order;
369
370         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
371         set_compound_order(page, order);
372         __SetPageHead(page);
373         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
374                 struct page *p = page + i;
375                 set_page_count(p, 0);
376                 p->first_page = page;
377                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
378                 smp_wmb();
379                 __SetPageTail(p);
380         }
381 }
382
383 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
384                                                         gfp_t gfp_flags)
385 {
386         int i;
387
388         /*
389          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
390          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
391          */
392         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
393         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
394                 clear_highpage(page + i);
395 }
396
397 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
398 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
399 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
400 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
401
402 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
403 {
404         if (!buf)
405                 return -EINVAL;
406
407         if (strcmp(buf, "on") == 0)
408                 _debug_pagealloc_enabled = true;
409
410         return 0;
411 }
412 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
413
414 static bool need_debug_guardpage(void)
415 {
416         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
417         if (!debug_pagealloc_enabled())
418                 return false;
419
420         return true;
421 }
422
423 static void init_debug_guardpage(void)
424 {
425         if (!debug_pagealloc_enabled())
426                 return;
427
428         _debug_guardpage_enabled = true;
429 }
430
431 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
432         .need = need_debug_guardpage,
433         .init = init_debug_guardpage,
434 };
435
436 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
437 {
438         unsigned long res;
439
440         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
441                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
442                 return 0;
443         }
444         _debug_guardpage_minorder = res;
445         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
446         return 0;
447 }
448 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
449
450 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
451                                 unsigned int order, int migratetype)
452 {
453         struct page_ext *page_ext;
454
455         if (!debug_guardpage_enabled())
456                 return;
457
458         page_ext = lookup_page_ext(page);
459         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
460
461         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
462         set_page_private(page, order);
463         /* Guard pages are not available for any usage */
464         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
465 }
466
467 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
468                                 unsigned int order, int migratetype)
469 {
470         struct page_ext *page_ext;
471
472         if (!debug_guardpage_enabled())
473                 return;
474
475         page_ext = lookup_page_ext(page);
476         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
477
478         set_page_private(page, 0);
479         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
480                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
481 }
482 #else
483 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
484 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
485                                 unsigned int order, int migratetype) {}
486 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
487                                 unsigned int order, int migratetype) {}
488 #endif
489
490 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
491 {
492         set_page_private(page, order);
493         __SetPageBuddy(page);
494 }
495
496 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
497 {
498         __ClearPageBuddy(page);
499         set_page_private(page, 0);
500 }
501
502 /*
503  * This function checks whether a page is free && is the buddy
504  * we can do coalesce a page and its buddy if
505  * (a) the buddy is not in a hole &&
506  * (b) the buddy is in the buddy system &&
507  * (c) a page and its buddy have the same order &&
508  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
509  *
510  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
511  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
512  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
513  * serialized by zone->lock.
514  *
515  * For recording page's order, we use page_private(page).
516  */
517 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
518                                                         unsigned int order)
519 {
520         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
521                 return 0;
522
523         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
524                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
525                         return 0;
526
527                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
528
529                 return 1;
530         }
531
532         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
533                 /*
534                  * zone check is done late to avoid uselessly
535                  * calculating zone/node ids for pages that could
536                  * never merge.
537                  */
538                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
539                         return 0;
540
541                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
542
543                 return 1;
544         }
545         return 0;
546 }
547
548 /*
549  * Freeing function for a buddy system allocator.
550  *
551  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
552  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
553  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
554  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
555  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
556  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
557  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
558  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
559  * parts of the VM system.
560  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
561  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
562  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
563  * field.
564  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
565  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
566  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
567  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
568  * triggers coalescing into a block of larger size.
569  *
570  * -- nyc
571  */
572
573 static inline void __free_one_page(struct page *page,
574                 unsigned long pfn,
575                 struct zone *zone, unsigned int order,
576                 int migratetype)
577 {
578         unsigned long page_idx;
579         unsigned long combined_idx;
580         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
581         struct page *buddy;
582         int max_order = MAX_ORDER;
583
584         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
585         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
586
587         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
588         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
589                 /*
590                  * We restrict max order of merging to prevent merge
591                  * between freepages on isolate pageblock and normal
592                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
593                  * could cause incorrect freepage accounting.
594                  */
595                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
596         } else {
597                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
598         }
599
600         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
601
602         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
603         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
604
605         while (order < max_order - 1) {
606                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
607                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
608                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
609                         break;
610                 /*
611                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
612                  * merge with it and move up one order.
613                  */
614                 if (page_is_guard(buddy)) {
615                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
616                 } else {
617                         list_del(&buddy->lru);
618                         zone->free_area[order].nr_free--;
619                         rmv_page_order(buddy);
620                 }
621                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
622                 page = page + (combined_idx - page_idx);
623                 page_idx = combined_idx;
624                 order++;
625         }
626         set_page_order(page, order);
627
628         /*
629          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
630          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
631          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
632          * that is happening, add the free page to the tail of the list
633          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
634          * as a higher order page
635          */
636         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
637                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
638                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
639                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
640                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
641                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
642                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
643                         list_add_tail(&page->lru,
644                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
645                         goto out;
646                 }
647         }
648
649         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
650 out:
651         zone->free_area[order].nr_free++;
652 }
653
654 static inline int free_pages_check(struct page *page)
655 {
656         const char *bad_reason = NULL;
657         unsigned long bad_flags = 0;
658
659         if (unlikely(page_mapcount(page)))
660                 bad_reason = "nonzero mapcount";
661         if (unlikely(page->mapping != NULL))
662                 bad_reason = "non-NULL mapping";
663         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
664                 bad_reason = "nonzero _count";
665         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
666                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
667                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
668         }
669 #ifdef CONFIG_MEMCG
670         if (unlikely(page->mem_cgroup))
671                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
672 #endif
673         if (unlikely(bad_reason)) {
674                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
675                 return 1;
676         }
677         page_cpupid_reset_last(page);
678         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
679                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
680         return 0;
681 }
682
683 /*
684  * Frees a number of pages from the PCP lists
685  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
686  * count is the number of pages to free.
687  *
688  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
689  * see if this freeing clears that state.
690  *
691  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
692  * pinned" detection logic.
693  */
694 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
695                                         struct per_cpu_pages *pcp)
696 {
697         int migratetype = 0;
698         int batch_free = 0;
699         int to_free = count;
700         unsigned long nr_scanned;
701
702         spin_lock(&zone->lock);
703         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
704         if (nr_scanned)
705                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
706
707         while (to_free) {
708                 struct page *page;
709                 struct list_head *list;
710
711                 /*
712                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
713                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
714                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
715                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
716                  * lists
717                  */
718                 do {
719                         batch_free++;
720                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
721                                 migratetype = 0;
722                         list = &pcp->lists[migratetype];
723                 } while (list_empty(list));
724
725                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
726                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
727                         batch_free = to_free;
728
729                 do {
730                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
731
732                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
733                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
734                         list_del(&page->lru);
735                         mt = get_freepage_migratetype(page);
736                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
737                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
738
739                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
740                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
741                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
742                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
743         }
744         spin_unlock(&zone->lock);
745 }
746
747 static void free_one_page(struct zone *zone,
748                                 struct page *page, unsigned long pfn,
749                                 unsigned int order,
750                                 int migratetype)
751 {
752         unsigned long nr_scanned;
753         spin_lock(&zone->lock);
754         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
755         if (nr_scanned)
756                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
757
758         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
759                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
760                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
761         }
762         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
763         spin_unlock(&zone->lock);
764 }
765
766 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
767 {
768         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
769                 return 0;
770         if (unlikely(!PageTail(page))) {
771                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
772                 return 1;
773         }
774         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
775                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
776                 return 1;
777         }
778         return 0;
779 }
780
781 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
782 {
783         bool compound = PageCompound(page);
784         int i, bad = 0;
785
786         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
787         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
788
789         trace_mm_page_free(page, order);
790         kmemcheck_free_shadow(page, order);
791         kasan_free_pages(page, order);
792
793         if (PageAnon(page))
794                 page->mapping = NULL;
795         bad += free_pages_check(page);
796         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
797                 if (compound)
798                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
799                 bad += free_pages_check(page + i);
800         }
801         if (bad)
802                 return false;
803
804         reset_page_owner(page, order);
805
806         if (!PageHighMem(page)) {
807                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
808                                            PAGE_SIZE << order);
809                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
810                                            PAGE_SIZE << order);
811         }
812         arch_free_page(page, order);
813         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
814
815         return true;
816 }
817
818 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
819 {
820         unsigned long flags;
821         int migratetype;
822         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
823
824         if (!free_pages_prepare(page, order))
825                 return;
826
827         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
828         local_irq_save(flags);
829         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
830         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
831         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
832         local_irq_restore(flags);
833 }
834
835 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
836 {
837         unsigned int nr_pages = 1 << order;
838         struct page *p = page;
839         unsigned int loop;
840
841         prefetchw(p);
842         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
843                 prefetchw(p + 1);
844                 __ClearPageReserved(p);
845                 set_page_count(p, 0);
846         }
847         __ClearPageReserved(p);
848         set_page_count(p, 0);
849
850         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
851         set_page_refcounted(page);
852         __free_pages(page, order);
853 }
854
855 #ifdef CONFIG_CMA
856 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
857 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
858 {
859         unsigned i = pageblock_nr_pages;
860         struct page *p = page;
861
862         do {
863                 __ClearPageReserved(p);
864                 set_page_count(p, 0);
865         } while (++p, --i);
866
867         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
868
869         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
870                 i = pageblock_nr_pages;
871                 p = page;
872                 do {
873                         set_page_refcounted(p);
874                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
875                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
876                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
877         } else {
878                 set_page_refcounted(page);
879                 __free_pages(page, pageblock_order);
880         }
881
882         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
883 }
884 #endif
885
886 /*
887  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
888  * Please do not alter this order without good reasons and regression
889  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
890  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
891  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
892  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
893  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
894  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
895  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
896  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
897  *
898  * -- nyc
899  */
900 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
901         int low, int high, struct free_area *area,
902         int migratetype)
903 {
904         unsigned long size = 1 << high;
905
906         while (high > low) {
907                 area--;
908                 high--;
909                 size >>= 1;
910                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
911
912                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
913                         debug_guardpage_enabled() &&
914                         high < debug_guardpage_minorder()) {
915                         /*
916                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
917                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
918                          * Corresponding page table entries will not be touched,
919                          * pages will stay not present in virtual address space
920                          */
921                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
922                         continue;
923                 }
924                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
925                 area->nr_free++;
926                 set_page_order(&page[size], high);
927         }
928 }
929
930 /*
931  * This page is about to be returned from the page allocator
932  */
933 static inline int check_new_page(struct page *page)
934 {
935         const char *bad_reason = NULL;
936         unsigned long bad_flags = 0;
937
938         if (unlikely(page_mapcount(page)))
939                 bad_reason = "nonzero mapcount";
940         if (unlikely(page->mapping != NULL))
941                 bad_reason = "non-NULL mapping";
942         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
943                 bad_reason = "nonzero _count";
944         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
945                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
946                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
947         }
948 #ifdef CONFIG_MEMCG
949         if (unlikely(page->mem_cgroup))
950                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
951 #endif
952         if (unlikely(bad_reason)) {
953                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
954                 return 1;
955         }
956         return 0;
957 }
958
959 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
960                                                                 int alloc_flags)
961 {
962         int i;
963
964         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
965                 struct page *p = page + i;
966                 if (unlikely(check_new_page(p)))
967                         return 1;
968         }
969
970         set_page_private(page, 0);
971         set_page_refcounted(page);
972
973         arch_alloc_page(page, order);
974         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
975         kasan_alloc_pages(page, order);
976
977         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
978                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
979
980         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
981                 prep_compound_page(page, order);
982
983         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
984
985         /*
986          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
987          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
988          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
989          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
990          */
991         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
992
993         return 0;
994 }
995
996 /*
997  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
998  * the smallest available page from the freelists
999  */
1000 static inline
1001 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1002                                                 int migratetype)
1003 {
1004         unsigned int current_order;
1005         struct free_area *area;
1006         struct page *page;
1007
1008         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1009         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1010                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1011                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1012                         continue;
1013
1014                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1015                                                         struct page, lru);
1016                 list_del(&page->lru);
1017                 rmv_page_order(page);
1018                 area->nr_free--;
1019                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1020                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1021                 return page;
1022         }
1023
1024         return NULL;
1025 }
1026
1027
1028 /*
1029  * This array describes the order lists are fallen back to when
1030  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1031  */
1032 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1033         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1034         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1035         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1036 #ifdef CONFIG_CMA
1037         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1038 #endif
1039         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1040 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1041         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1042 #endif
1043 };
1044
1045 #ifdef CONFIG_CMA
1046 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1047                                         unsigned int order)
1048 {
1049         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1050 }
1051 #else
1052 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1053                                         unsigned int order) { return NULL; }
1054 #endif
1055
1056 /*
1057  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1058  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1059  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1060  */
1061 int move_freepages(struct zone *zone,
1062                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1063                           int migratetype)
1064 {
1065         struct page *page;
1066         unsigned long order;
1067         int pages_moved = 0;
1068
1069 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1070         /*
1071          * page_zone is not safe to call in this context when
1072          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1073          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1074          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1075          * grouping pages by mobility
1076          */
1077         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1078 #endif
1079
1080         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1081                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1082                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1083
1084                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1085                         page++;
1086                         continue;
1087                 }
1088
1089                 if (!PageBuddy(page)) {
1090                         page++;
1091                         continue;
1092                 }
1093
1094                 order = page_order(page);
1095                 list_move(&page->lru,
1096                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1097                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1098                 page += 1 << order;
1099                 pages_moved += 1 << order;
1100         }
1101
1102         return pages_moved;
1103 }
1104
1105 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1106                                 int migratetype)
1107 {
1108         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1109         struct page *start_page, *end_page;
1110
1111         start_pfn = page_to_pfn(page);
1112         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1113         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1114         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1115         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1116
1117         /* Do not cross zone boundaries */
1118         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1119                 start_page = page;
1120         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1121                 return 0;
1122
1123         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1124 }
1125
1126 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1127                                         int start_order, int migratetype)
1128 {
1129         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1130
1131         while (nr_pageblocks--) {
1132                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1133                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1134         }
1135 }
1136
1137 /*
1138  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1139  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1140  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1141  *
1142  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1143  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1144  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1145  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1146  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1147  * pageblocks.
1148  */
1149 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1150 {
1151         /*
1152          * Leaving this order check is intended, although there is
1153          * relaxed order check in next check. The reason is that
1154          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1155          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1156          * so could be changed anytime.
1157          */
1158         if (order >= pageblock_order)
1159                 return true;
1160
1161         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1162                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1163                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1164                 page_group_by_mobility_disabled)
1165                 return true;
1166
1167         return false;
1168 }
1169
1170 /*
1171  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1172  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1173  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1174  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1175  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1176  */
1177 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1178                                                           int start_type)
1179 {
1180         int current_order = page_order(page);
1181         int pages;
1182
1183         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1184         if (current_order >= pageblock_order) {
1185                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1186                 return;
1187         }
1188
1189         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1190
1191         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1192         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1193                         page_group_by_mobility_disabled)
1194                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1195 }
1196
1197 /*
1198  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1199  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1200  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1201  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1202  */
1203 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1204                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1205 {
1206         int i;
1207         int fallback_mt;
1208
1209         if (area->nr_free == 0)
1210                 return -1;
1211
1212         *can_steal = false;
1213         for (i = 0;; i++) {
1214                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1215                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1216                         break;
1217
1218                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1219                         continue;
1220
1221                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1222                         *can_steal = true;
1223
1224                 if (!only_stealable)
1225                         return fallback_mt;
1226
1227                 if (*can_steal)
1228                         return fallback_mt;
1229         }
1230
1231         return -1;
1232 }
1233
1234 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1235 static inline struct page *
1236 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1237 {
1238         struct free_area *area;
1239         unsigned int current_order;
1240         struct page *page;
1241         int fallback_mt;
1242         bool can_steal;
1243
1244         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1245         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1246                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1247                                 --current_order) {
1248                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1249                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1250                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1251                 if (fallback_mt == -1)
1252                         continue;
1253
1254                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1255                                                 struct page, lru);
1256                 if (can_steal)
1257                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1258
1259                 /* Remove the page from the freelists */
1260                 area->nr_free--;
1261                 list_del(&page->lru);
1262                 rmv_page_order(page);
1263
1264                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1265                                         start_migratetype);
1266                 /*
1267                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1268                  * migratetype depending on the decisions in
1269                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1270                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1271                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1272                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1273                  */
1274                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1275
1276                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1277                         start_migratetype, fallback_mt);
1278
1279                 return page;
1280         }
1281
1282         return NULL;
1283 }
1284
1285 /*
1286  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1287  * Call me with the zone->lock already held.
1288  */
1289 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1290                                                 int migratetype)
1291 {
1292         struct page *page;
1293
1294 retry_reserve:
1295         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1296
1297         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1298                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1299                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1300
1301                 if (!page)
1302                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1303
1304                 /*
1305                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1306                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1307                  * and we want just one call site
1308                  */
1309                 if (!page) {
1310                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1311                         goto retry_reserve;
1312                 }
1313         }
1314
1315         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1316         return page;
1317 }
1318
1319 /*
1320  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1321  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1322  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1323  */
1324 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1325                         unsigned long count, struct list_head *list,
1326                         int migratetype, bool cold)
1327 {
1328         int i;
1329
1330         spin_lock(&zone->lock);
1331         for (i = 0; i < count; ++i) {
1332                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1333                 if (unlikely(page == NULL))
1334                         break;
1335
1336                 /*
1337                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1338                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1339                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1340                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1341                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1342                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1343                  * properly.
1344                  */
1345                 if (likely(!cold))
1346                         list_add(&page->lru, list);
1347                 else
1348                         list_add_tail(&page->lru, list);
1349                 list = &page->lru;
1350                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1351                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1352                                               -(1 << order));
1353         }
1354         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1355         spin_unlock(&zone->lock);
1356         return i;
1357 }
1358
1359 #ifdef CONFIG_NUMA
1360 /*
1361  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1362  * currently executing processor on remote nodes after they have
1363  * expired.
1364  *
1365  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1366  * a single processor.
1367  */
1368 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1369 {
1370         unsigned long flags;
1371         int to_drain, batch;
1372
1373         local_irq_save(flags);
1374         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1375         to_drain = min(pcp->count, batch);
1376         if (to_drain > 0) {
1377                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1378                 pcp->count -= to_drain;
1379         }
1380         local_irq_restore(flags);
1381 }
1382 #endif
1383
1384 /*
1385  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1386  *
1387  * The processor must either be the current processor and the
1388  * thread pinned to the current processor or a processor that
1389  * is not online.
1390  */
1391 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1392 {
1393         unsigned long flags;
1394         struct per_cpu_pageset *pset;
1395         struct per_cpu_pages *pcp;
1396
1397         local_irq_save(flags);
1398         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1399
1400         pcp = &pset->pcp;
1401         if (pcp->count) {
1402                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1403                 pcp->count = 0;
1404         }
1405         local_irq_restore(flags);
1406 }
1407
1408 /*
1409  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1410  *
1411  * The processor must either be the current processor and the
1412  * thread pinned to the current processor or a processor that
1413  * is not online.
1414  */
1415 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1416 {
1417         struct zone *zone;
1418
1419         for_each_populated_zone(zone) {
1420                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1421         }
1422 }
1423
1424 /*
1425  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1426  *
1427  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1428  * the single zone's pages.
1429  */
1430 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1431 {
1432         int cpu = smp_processor_id();
1433
1434         if (zone)
1435                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1436         else
1437                 drain_pages(cpu);
1438 }
1439
1440 /*
1441  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1442  *
1443  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1444  *
1445  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1446  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1447  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1448  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1449  * before the call to on_each_cpu_mask().
1450  */
1451 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1452 {
1453         int cpu;
1454
1455         /*
1456          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1457          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1458          */
1459         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1460
1461         /*
1462          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1463          * as offline notification will cause the notified
1464          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1465          * disables preemption as part of its processing
1466          */
1467         for_each_online_cpu(cpu) {
1468                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1469                 struct zone *z;
1470                 bool has_pcps = false;
1471
1472                 if (zone) {
1473                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1474                         if (pcp->pcp.count)
1475                                 has_pcps = true;
1476                 } else {
1477                         for_each_populated_zone(z) {
1478                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1479                                 if (pcp->pcp.count) {
1480                                         has_pcps = true;
1481                                         break;
1482                                 }
1483                         }
1484                 }
1485
1486                 if (has_pcps)
1487                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1488                 else
1489                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1490         }
1491         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1492                                                                 zone, 1);
1493 }
1494
1495 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1496
1497 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1498 {
1499         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1500         unsigned long flags;
1501         unsigned int order, t;
1502         struct list_head *curr;
1503
1504         if (zone_is_empty(zone))
1505                 return;
1506
1507         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1508
1509         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1510         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1511                 if (pfn_valid(pfn)) {
1512                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1513
1514                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1515                                 swsusp_unset_page_free(page);
1516                 }
1517
1518         for_each_migratetype_order(order, t) {
1519                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1520                         unsigned long i;
1521
1522                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1523                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1524                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1525                 }
1526         }
1527         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1528 }
1529 #endif /* CONFIG_PM */
1530
1531 /*
1532  * Free a 0-order page
1533  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1534  */
1535 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1536 {
1537         struct zone *zone = page_zone(page);
1538         struct per_cpu_pages *pcp;
1539         unsigned long flags;
1540         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1541         int migratetype;
1542
1543         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1544                 return;
1545
1546         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1547         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1548         local_irq_save(flags);
1549         __count_vm_event(PGFREE);
1550
1551         /*
1552          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1553          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1554          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1555          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1556          * excessively into the page allocator
1557          */
1558         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1559                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1560                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1561                         goto out;
1562                 }
1563                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1564         }
1565
1566         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1567         if (!cold)
1568                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1569         else
1570                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1571         pcp->count++;
1572         if (pcp->count >= pcp->high) {
1573                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1574                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1575                 pcp->count -= batch;
1576         }
1577
1578 out:
1579         local_irq_restore(flags);
1580 }
1581
1582 /*
1583  * Free a list of 0-order pages
1584  */
1585 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1586 {
1587         struct page *page, *next;
1588
1589         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1590                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1591                 free_hot_cold_page(page, cold);
1592         }
1593 }
1594
1595 /*
1596  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1597  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1598  * Each sub-page must be freed individually.
1599  *
1600  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1601  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1602  */
1603 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1604 {
1605         int i;
1606
1607         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1608         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1609
1610 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1611         /*
1612          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1613          * otherwise free the whole shadow.
1614          */
1615         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1616                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1617 #endif
1618
1619         set_page_owner(page, 0, 0);
1620         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1621                 set_page_refcounted(page + i);
1622                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1623         }
1624 }
1625 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1626
1627 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1628 {
1629         unsigned long watermark;
1630         struct zone *zone;
1631         int mt;
1632
1633         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1634
1635         zone = page_zone(page);
1636         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1637
1638         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1639                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1640                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1641                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1642                         return 0;
1643
1644                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1645         }
1646
1647         /* Remove page from free list */
1648         list_del(&page->lru);
1649         zone->free_area[order].nr_free--;
1650         rmv_page_order(page);
1651
1652         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1653         if (order >= pageblock_order - 1) {
1654                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1655                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1656                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1657                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1658                                 set_pageblock_migratetype(page,
1659                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1660                 }
1661         }
1662
1663         set_page_owner(page, order, 0);
1664         return 1UL << order;
1665 }
1666
1667 /*
1668  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1669  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1670  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1671  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1672  * are enabled.
1673  *
1674  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1675  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1676  */
1677 int split_free_page(struct page *page)
1678 {
1679         unsigned int order;
1680         int nr_pages;
1681
1682         order = page_order(page);
1683
1684         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1685         if (!nr_pages)
1686                 return 0;
1687
1688         /* Split into individual pages */
1689         set_page_refcounted(page);
1690         split_page(page, order);
1691         return nr_pages;
1692 }
1693
1694 /*
1695  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
1696  */
1697 static inline
1698 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1699                         struct zone *zone, unsigned int order,
1700                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1701 {
1702         unsigned long flags;
1703         struct page *page;
1704         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1705
1706         if (likely(order == 0)) {
1707                 struct per_cpu_pages *pcp;
1708                 struct list_head *list;
1709
1710                 local_irq_save(flags);
1711                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1712                 list = &pcp->lists[migratetype];
1713                 if (list_empty(list)) {
1714                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1715                                         pcp->batch, list,
1716                                         migratetype, cold);
1717                         if (unlikely(list_empty(list)))
1718                                 goto failed;
1719                 }
1720
1721                 if (cold)
1722                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1723                 else
1724                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1725
1726                 list_del(&page->lru);
1727                 pcp->count--;
1728         } else {
1729                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1730                         /*
1731                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1732                          *
1733                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1734                          * properly detect and handle allocation failures.
1735                          *
1736                          * We most definitely don't want callers attempting to
1737                          * allocate greater than order-1 page units with
1738                          * __GFP_NOFAIL.
1739                          */
1740                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1741                 }
1742                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1743                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1744                 spin_unlock(&zone->lock);
1745                 if (!page)
1746                         goto failed;
1747                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1748                                           get_freepage_migratetype(page));
1749         }
1750
1751         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1752         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1753             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1754                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1755
1756         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1757         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1758         local_irq_restore(flags);
1759
1760         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1761         return page;
1762
1763 failed:
1764         local_irq_restore(flags);
1765         return NULL;
1766 }
1767
1768 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1769
1770 static struct {
1771         struct fault_attr attr;
1772
1773         u32 ignore_gfp_highmem;
1774         u32 ignore_gfp_wait;
1775         u32 min_order;
1776 } fail_page_alloc = {
1777         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1778         .ignore_gfp_wait = 1,
1779         .ignore_gfp_highmem = 1,
1780         .min_order = 1,
1781 };
1782
1783 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1784 {
1785         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1786 }
1787 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1788
1789 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1790 {
1791         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1792                 return false;
1793         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1794                 return false;
1795         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1796                 return false;
1797         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1798                 return false;
1799
1800         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1801 }
1802
1803 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1804
1805 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1806 {
1807         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1808         struct dentry *dir;
1809
1810         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1811                                         &fail_page_alloc.attr);
1812         if (IS_ERR(dir))
1813                 return PTR_ERR(dir);
1814
1815         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1816                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1817                 goto fail;
1818         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1819                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1820                 goto fail;
1821         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1822                                 &fail_page_alloc.min_order))
1823                 goto fail;
1824
1825         return 0;
1826 fail:
1827         debugfs_remove_recursive(dir);
1828
1829         return -ENOMEM;
1830 }
1831
1832 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1833
1834 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1835
1836 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1837
1838 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1839 {
1840         return false;
1841 }
1842
1843 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1844
1845 /*
1846  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1847  * of the allocation.
1848  */
1849 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1850                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1851                         long free_pages)
1852 {
1853         /* free_pages may go negative - that's OK */
1854         long min = mark;
1855         int o;
1856         long free_cma = 0;
1857
1858         free_pages -= (1 << order) - 1;
1859         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1860                 min -= min / 2;
1861         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1862                 min -= min / 4;
1863 #ifdef CONFIG_CMA
1864         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1865         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1866                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1867 #endif
1868
1869         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1870                 return false;
1871         for (o = 0; o < order; o++) {
1872                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1873                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1874
1875                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1876                 min >>= 1;
1877
1878                 if (free_pages <= min)
1879                         return false;
1880         }
1881         return true;
1882 }
1883
1884 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1885                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1886 {
1887         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1888                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1889 }
1890
1891 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1892                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1893 {
1894         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1895
1896         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1897                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1898
1899         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1900                                                                 free_pages);
1901 }
1902
1903 #ifdef CONFIG_NUMA
1904 /*
1905  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1906  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1907  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1908  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1909  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1910  *
1911  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1912  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1913  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1914  *
1915  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1916  * nothing and returns NULL.
1917  *
1918  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1919  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1920  *
1921  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1922  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1923  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1924  * quickly as we can.
1925  */
1926 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1927 {
1928         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1929         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1930
1931         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1932         if (!zlc)
1933                 return NULL;
1934
1935         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1936                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1937                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1938         }
1939
1940         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1941                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1942                                         &node_states[N_MEMORY];
1943         return allowednodes;
1944 }
1945
1946 /*
1947  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1948  * if it is worth looking at further for free memory:
1949  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1950  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1951  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1952  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1953  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1954  * else return false (zero) if it is not.
1955  *
1956  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1957  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1958  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1959  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1960  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1961  * into the second scan of the zonelist.
1962  *
1963  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1964  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1965  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1966  * unturned looking for a free page.
1967  */
1968 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1969                                                 nodemask_t *allowednodes)
1970 {
1971         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1972         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1973         int n;                          /* node that zone *z is on */
1974
1975         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1976         if (!zlc)
1977                 return 1;
1978
1979         i = z - zonelist->_zonerefs;
1980         n = zlc->z_to_n[i];
1981
1982         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1983         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1984 }
1985
1986 /*
1987  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1988  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1989  * from that zone don't waste time re-examining it.
1990  */
1991 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1992 {
1993         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1994         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1995
1996         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1997         if (!zlc)
1998                 return;
1999
2000         i = z - zonelist->_zonerefs;
2001
2002         set_bit(i, zlc->fullzones);
2003 }
2004
2005 /*
2006  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2007  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2008  */
2009 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2010 {
2011         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2012
2013         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2014         if (!zlc)
2015                 return;
2016
2017         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2018 }
2019
2020 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2021 {
2022         return local_zone->node == zone->node;
2023 }
2024
2025 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2026 {
2027         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2028                                 RECLAIM_DISTANCE;
2029 }
2030
2031 #else   /* CONFIG_NUMA */
2032
2033 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2034 {
2035         return NULL;
2036 }
2037
2038 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2039                                 nodemask_t *allowednodes)
2040 {
2041         return 1;
2042 }
2043
2044 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2045 {
2046 }
2047
2048 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2049 {
2050 }
2051
2052 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2053 {
2054         return true;
2055 }
2056
2057 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2058 {
2059         return true;
2060 }
2061
2062 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2063
2064 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2065 {
2066         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2067
2068         do {
2069                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2070                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2071                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2072                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2073         } while (zone++ != preferred_zone);
2074 }
2075
2076 /*
2077  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2078  * a page.
2079  */
2080 static struct page *
2081 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2082                                                 const struct alloc_context *ac)
2083 {
2084         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2085         struct zoneref *z;
2086         struct page *page = NULL;
2087         struct zone *zone;
2088         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2089         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2090         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2091         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2092                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2093         int nr_fair_skipped = 0;
2094         bool zonelist_rescan;
2095
2096 zonelist_scan:
2097         zonelist_rescan = false;
2098
2099         /*
2100          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2101          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2102          */
2103         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2104                                                                 ac->nodemask) {
2105                 unsigned long mark;
2106
2107                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2108                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2109                                 continue;
2110                 if (cpusets_enabled() &&
2111                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2112                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2113                                 continue;
2114                 /*
2115                  * Distribute pages in proportion to the individual
2116                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2117                  * page was allocated in should have no effect on the
2118                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2119                  */
2120                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2121                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2122                                 break;
2123                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2124                                 nr_fair_skipped++;
2125                                 continue;
2126                         }
2127                 }
2128                 /*
2129                  * When allocating a page cache page for writing, we
2130                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2131                  * limit, such that no single zone holds more than its
2132                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2133                  * The dirty limits take into account the zone's
2134                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2135                  * should be able to balance it without having to
2136                  * write pages from its LRU list.
2137                  *
2138                  * This may look like it could increase pressure on
2139                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2140                  * before they are full.  But the pages that do spill
2141                  * over are limited as the lower zones are protected
2142                  * by this very same mechanism.  It should not become
2143                  * a practical burden to them.
2144                  *
2145                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2146                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2147                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2148                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2149                  * zones are together not big enough to reach the
2150                  * global limit.  The proper fix for these situations
2151                  * will require awareness of zones in the
2152                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2153                  */
2154                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2155                         continue;
2156
2157                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2158                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2159                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2160                         int ret;
2161
2162                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2163                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2164                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2165                                 goto try_this_zone;
2166
2167                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2168                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2169                                 /*
2170                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2171                                  * and before considering the first zone allowed
2172                                  * by the cpuset.
2173                                  */
2174                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2175                                 zlc_active = 1;
2176                                 did_zlc_setup = 1;
2177                         }
2178
2179                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2180                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2181                                 goto this_zone_full;
2182
2183                         /*
2184                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2185                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2186                          */
2187                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2188                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2189                                 continue;
2190
2191                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2192                         switch (ret) {
2193                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2194                                 /* did not scan */
2195                                 continue;
2196                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2197                                 /* scanned but unreclaimable */
2198                                 continue;
2199                         default:
2200                                 /* did we reclaim enough */
2201                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2202                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2203                                         goto try_this_zone;
2204
2205                                 /*
2206                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2207                                  * Only mark the zone full if checking the min
2208                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2209                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2210                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2211                                  * when the watermark is between the low and
2212                                  * min watermarks.
2213                                  */
2214                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2215                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2216                                         goto this_zone_full;
2217
2218                                 continue;
2219                         }
2220                 }
2221
2222 try_this_zone:
2223                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2224                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2225                 if (page) {
2226                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2227                                 goto try_this_zone;
2228                         return page;
2229                 }
2230 this_zone_full:
2231                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2232                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2233         }
2234
2235         /*
2236          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2237          * local node.  However, the local node might have free pages left
2238          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2239          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2240          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2241          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2242          */
2243         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2244                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2245                 if (nr_fair_skipped) {
2246                         zonelist_rescan = true;
2247                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2248                 }
2249                 if (nr_online_nodes > 1)
2250                         zonelist_rescan = true;
2251         }
2252
2253         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2254                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2255                 zlc_active = 0;
2256                 zonelist_rescan = true;
2257         }
2258
2259         if (zonelist_rescan)
2260                 goto zonelist_scan;
2261
2262         return NULL;
2263 }
2264
2265 /*
2266  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2267  * meminfo in irq context.
2268  */
2269 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2270 {
2271         bool ret = false;
2272
2273 #if NODES_SHIFT > 8
2274         ret = in_interrupt();
2275 #endif
2276         return ret;
2277 }
2278
2279 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2280                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2281                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2282
2283 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2284 {
2285         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2286
2287         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2288             debug_guardpage_minorder() > 0)
2289                 return;
2290
2291         /*
2292          * This documents exceptions given to allocations in certain
2293          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2294          * of allowed nodes.
2295          */
2296         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2297                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2298                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2299                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2300         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2301                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2302
2303         if (fmt) {
2304                 struct va_format vaf;
2305                 va_list args;
2306
2307                 va_start(args, fmt);
2308
2309                 vaf.fmt = fmt;
2310                 vaf.va = &args;
2311
2312                 pr_warn("%pV", &vaf);
2313
2314                 va_end(args);
2315         }
2316
2317         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2318                 current->comm, order, gfp_mask);
2319
2320         dump_stack();
2321         if (!should_suppress_show_mem())
2322                 show_mem(filter);
2323 }
2324
2325 static inline int
2326 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2327                                 unsigned long did_some_progress,
2328                                 unsigned long pages_reclaimed)
2329 {
2330         /* Do not loop if specifically requested */
2331         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2332                 return 0;
2333
2334         /* Always retry if specifically requested */
2335         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2336                 return 1;
2337
2338         /*
2339          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2340          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2341          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2342          */
2343         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2344                 return 0;
2345
2346         /*
2347          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2348          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2349          * implementations.
2350          */
2351         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2352                 return 1;
2353
2354         /*
2355          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2356          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2357          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2358          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2359          * allocation still fails, we stop retrying.
2360          */
2361         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2362                 return 1;
2363
2364         return 0;
2365 }
2366
2367 static inline struct page *
2368 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2369         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2370 {
2371         struct page *page;
2372
2373         *did_some_progress = 0;
2374
2375         /*
2376          * Acquire the per-zone oom lock for each zone.  If that
2377          * fails, somebody else is making progress for us.
2378          */
2379         if (!oom_zonelist_trylock(ac->zonelist, gfp_mask)) {
2380                 *did_some_progress = 1;
2381                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2382                 return NULL;
2383         }
2384
2385         /*
2386          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2387          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2388          * we're still under heavy pressure.
2389          */
2390         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2391                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2392         if (page)
2393                 goto out;
2394
2395         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2396                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2397                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2398                         goto out;
2399                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2400                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2401                         goto out;
2402                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2403                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2404                         goto out;
2405                 /* The OOM killer does not compensate for light reclaim */
2406                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2407                         /*
2408                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2409                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2410                          * keep looping as per should_alloc_retry().
2411                          */
2412                         *did_some_progress = 1;
2413                         goto out;
2414                 }
2415                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2416                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2417                         goto out;
2418         }
2419         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2420         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2421                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2422                 *did_some_progress = 1;
2423 out:
2424         oom_zonelist_unlock(ac->zonelist, gfp_mask);
2425         return page;
2426 }
2427
2428 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2429 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2430 static struct page *
2431 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2432                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2433                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2434                 bool *deferred_compaction)
2435 {
2436         unsigned long compact_result;
2437         struct page *page;
2438
2439         if (!order)
2440                 return NULL;
2441
2442         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2443         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2444                                                 mode, contended_compaction);
2445         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2446
2447         switch (compact_result) {
2448         case COMPACT_DEFERRED:
2449                 *deferred_compaction = true;
2450                 /* fall-through */
2451         case COMPACT_SKIPPED:
2452                 return NULL;
2453         default:
2454                 break;
2455         }
2456
2457         /*
2458          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2459          * count a compaction stall
2460          */
2461         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2462
2463         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2464                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2465
2466         if (page) {
2467                 struct zone *zone = page_zone(page);
2468
2469                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2470                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2471                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2472                 return page;
2473         }
2474
2475         /*
2476          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2477          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2478          */
2479         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2480
2481         cond_resched();
2482
2483         return NULL;
2484 }
2485 #else
2486 static inline struct page *
2487 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2488                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2489                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2490                 bool *deferred_compaction)
2491 {
2492         return NULL;
2493 }
2494 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2495
2496 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2497 static int
2498 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2499                                         const struct alloc_context *ac)
2500 {
2501         struct reclaim_state reclaim_state;
2502         int progress;
2503
2504         cond_resched();
2505
2506         /* We now go into synchronous reclaim */
2507         cpuset_memory_pressure_bump();
2508         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2509         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2510         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2511         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2512
2513         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2514                                                                 ac->nodemask);
2515
2516         current->reclaim_state = NULL;
2517         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2518         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2519
2520         cond_resched();
2521
2522         return progress;
2523 }
2524
2525 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2526 static inline struct page *
2527 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2528                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2529                 unsigned long *did_some_progress)
2530 {
2531         struct page *page = NULL;
2532         bool drained = false;
2533
2534         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2535         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2536                 return NULL;
2537
2538         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2539         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2540                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2541
2542 retry:
2543         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2544                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2545
2546         /*
2547          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2548          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2549          */
2550         if (!page && !drained) {
2551                 drain_all_pages(NULL);
2552                 drained = true;
2553                 goto retry;
2554         }
2555
2556         return page;
2557 }
2558
2559 /*
2560  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2561  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2562  */
2563 static inline struct page *
2564 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2565                                 const struct alloc_context *ac)
2566 {
2567         struct page *page;
2568
2569         do {
2570                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2571                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2572
2573                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2574                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2575                                                                         HZ/50);
2576         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2577
2578         return page;
2579 }
2580
2581 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2582 {
2583         struct zoneref *z;
2584         struct zone *zone;
2585
2586         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2587                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2588                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2589 }
2590
2591 static inline int
2592 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2593 {
2594         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2595         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2596
2597         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2598         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2599
2600         /*
2601          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2602          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2603          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2604          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2605          */
2606         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2607
2608         if (atomic) {
2609                 /*
2610                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2611                  * if it can't schedule.
2612                  */
2613                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2614                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2615                 /*
2616                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2617                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2618                  */
2619                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2620         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2621                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2622
2623         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2624                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2625                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2626                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2627                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2628                 else if (!in_interrupt() &&
2629                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2630                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2631                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2632         }
2633 #ifdef CONFIG_CMA
2634         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2635                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2636 #endif
2637         return alloc_flags;
2638 }
2639
2640 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2641 {
2642         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2643 }
2644
2645 static inline struct page *
2646 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2647                                                 struct alloc_context *ac)
2648 {
2649         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2650         struct page *page = NULL;
2651         int alloc_flags;
2652         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2653         unsigned long did_some_progress;
2654         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2655         bool deferred_compaction = false;
2656         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2657
2658         /*
2659          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2660          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2661          * be using allocators in order of preference for an area that is
2662          * too large.
2663          */
2664         if (order >= MAX_ORDER) {
2665                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2666                 return NULL;
2667         }
2668
2669         /*
2670          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2671          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2672          * speculative node-specific allocation.
2673          */
2674         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2675                 goto nopage;
2676
2677 retry:
2678         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2679                 wake_all_kswapds(order, ac);
2680
2681         /*
2682          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2683          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2684          * to how we want to proceed.
2685          */
2686         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2687
2688         /*
2689          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2690          * cpusets.
2691          */
2692         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2693                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2694                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2695                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2696                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2697         }
2698
2699         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2700         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2701                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2702         if (page)
2703                 goto got_pg;
2704
2705         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2706         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2707                 /*
2708                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2709                  * the allocation is high priority and these type of
2710                  * allocations are system rather than user orientated
2711                  */
2712                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2713
2714                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
2715
2716                 if (page) {
2717                         goto got_pg;
2718                 }
2719         }
2720
2721         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2722         if (!wait) {
2723                 /*
2724                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2725                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2726                  * type of allocation to fail.
2727                  */
2728                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2729                 goto nopage;
2730         }
2731
2732         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2733         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2734                 goto nopage;
2735
2736         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2737         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2738                 goto nopage;
2739
2740         /*
2741          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2742          * attempts after direct reclaim are synchronous
2743          */
2744         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2745                                         migration_mode,
2746                                         &contended_compaction,
2747                                         &deferred_compaction);
2748         if (page)
2749                 goto got_pg;
2750
2751         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2752         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2753                 /*
2754                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2755                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2756                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2757                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2758                  * instead of entering direct reclaim.
2759                  */
2760                 if (deferred_compaction)
2761                         goto nopage;
2762
2763                 /*
2764                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2765                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2766                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2767                  * so we fallback to base pages instead.
2768                  */
2769                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2770                         goto nopage;
2771
2772                 /*
2773                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2774                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2775                  * khugepaged trying to collapse.
2776                  */
2777                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2778                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2779                         goto nopage;
2780         }
2781
2782         /*
2783          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2784          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2785          * khugepaged trying to collapse.
2786          */
2787         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2788                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2789                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2790
2791         /* Try direct reclaim and then allocating */
2792         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2793                                                         &did_some_progress);
2794         if (page)
2795                 goto got_pg;
2796
2797         /* Check if we should retry the allocation */
2798         pages_reclaimed += did_some_progress;
2799         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2800                                                 pages_reclaimed)) {
2801                 /*
2802                  * If we fail to make progress by freeing individual
2803                  * pages, but the allocation wants us to keep going,
2804                  * start OOM killing tasks.
2805                  */
2806                 if (!did_some_progress) {
2807                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac,
2808                                                         &did_some_progress);
2809                         if (page)
2810                                 goto got_pg;
2811                         if (!did_some_progress)
2812                                 goto nopage;
2813                 }
2814                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2815                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2816                 goto retry;
2817         } else {
2818                 /*
2819                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2820                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2821                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2822                  */
2823                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2824                                         alloc_flags, ac, migration_mode,
2825                                         &contended_compaction,
2826                                         &deferred_compaction);
2827                 if (page)
2828                         goto got_pg;
2829         }
2830
2831 nopage:
2832         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2833 got_pg:
2834         return page;
2835 }
2836
2837 /*
2838  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2839  */
2840 struct page *
2841 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2842                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2843 {
2844         struct zoneref *preferred_zoneref;
2845         struct page *page = NULL;
2846         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2847         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2848         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
2849         struct alloc_context ac = {
2850                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
2851                 .nodemask = nodemask,
2852                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
2853         };
2854
2855         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2856
2857         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2858
2859         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2860
2861         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2862                 return NULL;
2863
2864         /*
2865          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2866          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2867          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
2868          */
2869         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2870                 return NULL;
2871
2872         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2873                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2874
2875 retry_cpuset:
2876         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2877
2878         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
2879         ac.zonelist = zonelist;
2880         /* The preferred zone is used for statistics later */
2881         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
2882                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2883                                 &ac.preferred_zone);
2884         if (!ac.preferred_zone)
2885                 goto out;
2886         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2887
2888         /* First allocation attempt */
2889         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
2890         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
2891         if (unlikely(!page)) {
2892                 /*
2893                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2894                  * can deadlock because I/O on the device might not
2895                  * complete.
2896                  */
2897                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2898
2899                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
2900         }
2901
2902         if (kmemcheck_enabled && page)
2903                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2904
2905         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
2906
2907 out:
2908         /*
2909          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2910          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2911          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2912          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2913          */
2914         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2915                 goto retry_cpuset;
2916
2917         return page;
2918 }
2919 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2920
2921 /*
2922  * Common helper functions.
2923  */
2924 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2925 {
2926         struct page *page;
2927
2928         /*
2929          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2930          * a highmem page
2931          */
2932         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2933
2934         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2935         if (!page)
2936                 return 0;
2937         return (unsigned long) page_address(page);
2938 }
2939 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2940
2941 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2942 {
2943         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2944 }
2945 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2946
2947 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2948 {
2949         if (put_page_testzero(page)) {
2950                 if (order == 0)
2951                         free_hot_cold_page(page, false);
2952                 else
2953                         __free_pages_ok(page, order);
2954         }
2955 }
2956
2957 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2958
2959 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2960 {
2961         if (addr != 0) {
2962                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2963                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2964         }
2965 }
2966
2967 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2968
2969 /*
2970  * Page Fragment:
2971  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
2972  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
2973  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
2974  *
2975  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
2976  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
2977  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
2978  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
2979  */
2980 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
2981                                        gfp_t gfp_mask)
2982 {
2983         struct page *page = NULL;
2984         gfp_t gfp = gfp_mask;
2985
2986 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
2987         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
2988                     __GFP_NOMEMALLOC;
2989         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
2990                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
2991         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
2992 #endif
2993         if (unlikely(!page))
2994                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
2995
2996         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
2997
2998         return page;
2999 }
3000
3001 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3002                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3003 {
3004         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3005         struct page *page;
3006         int offset;
3007
3008         if (unlikely(!nc->va)) {
3009 refill:
3010                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3011                 if (!page)
3012                         return NULL;
3013
3014 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3015                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3016                 size = nc->size;
3017 #endif
3018                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3019                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3020                  */
3021                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3022
3023                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3024                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3025                 nc->pagecnt_bias = size;
3026                 nc->offset = size;
3027         }
3028
3029         offset = nc->offset - fragsz;
3030         if (unlikely(offset < 0)) {
3031                 page = virt_to_page(nc->va);
3032
3033                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3034                         goto refill;
3035
3036 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3037                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3038                 size = nc->size;
3039 #endif
3040                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3041                 atomic_set(&page->_count, size);
3042
3043                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3044                 nc->pagecnt_bias = size;
3045                 offset = size - fragsz;
3046         }
3047
3048         nc->pagecnt_bias--;
3049         nc->offset = offset;
3050
3051         return nc->va + offset;
3052 }
3053 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3054
3055 /*
3056  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3057  */
3058 void __free_page_frag(void *addr)
3059 {
3060         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3061
3062         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3063                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3064 }
3065 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3066
3067 /*
3068  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3069  * of the current memory cgroup.
3070  *
3071  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3072  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3073  */
3074 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3075 {
3076         struct page *page;
3077         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3078
3079         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3080                 return NULL;
3081         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3082         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3083         return page;
3084 }
3085
3086 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3087 {
3088         struct page *page;
3089         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3090
3091         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3092                 return NULL;
3093         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3094         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3095         return page;
3096 }
3097
3098 /*
3099  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3100  * alloc_kmem_pages.
3101  */
3102 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3103 {
3104         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3105         __free_pages(page, order);
3106 }
3107
3108 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3109 {
3110         if (addr != 0) {
3111                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3112                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3113         }
3114 }
3115
3116 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3117 {
3118         if (addr) {
3119                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3120                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3121
3122                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3123                 while (used < alloc_end) {
3124                         free_page(used);
3125                         used += PAGE_SIZE;
3126                 }
3127         }
3128         return (void *)addr;
3129 }
3130
3131 /**
3132  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3133  * @size: the number of bytes to allocate
3134  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3135  *
3136  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3137  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3138  * allocate memory in power-of-two pages.
3139  *
3140  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3141  *
3142  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3143  */
3144 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3145 {
3146         unsigned int order = get_order(size);
3147         unsigned long addr;
3148
3149         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3150         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3151 }
3152 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3153
3154 /**
3155  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3156  *                         pages on a node.
3157  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3158  * @size: the number of bytes to allocate
3159  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3160  *
3161  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3162  * back.
3163  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3164  * but is not exact.
3165  */
3166 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3167 {
3168         unsigned order = get_order(size);
3169         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3170         if (!p)
3171                 return NULL;
3172         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3173 }
3174
3175 /**
3176  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3177  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3178  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3179  *
3180  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3181  */
3182 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3183 {
3184         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3185         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3186
3187         while (addr < end) {
3188                 free_page(addr);
3189                 addr += PAGE_SIZE;
3190         }
3191 }
3192 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3193
3194 /**
3195  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3196  * @offset: The zone index of the highest zone
3197  *
3198  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3199  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3200  * zone, the number of pages is calculated as:
3201  *     managed_pages - high_pages
3202  */
3203 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3204 {
3205         struct zoneref *z;
3206         struct zone *zone;
3207
3208         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3209         unsigned long sum = 0;
3210
3211         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3212
3213         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3214                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3215                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3216                 if (size > high)
3217                         sum += size - high;
3218         }
3219
3220         return sum;
3221 }
3222
3223 /**
3224  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3225  *
3226  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3227  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3228  */
3229 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3230 {
3231         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3232 }
3233 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3234
3235 /**
3236  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3237  *
3238  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3239  * high watermark within all zones.
3240  */
3241 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3242 {
3243         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3244 }
3245
3246 static inline void show_node(struct zone *zone)
3247 {
3248         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3249                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3250 }
3251
3252 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3253 {
3254         val->totalram = totalram_pages;
3255         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3256         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3257         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3258         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3259         val->freehigh = nr_free_highpages();
3260         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3261 }
3262
3263 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3264
3265 #ifdef CONFIG_NUMA
3266 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3267 {
3268         int zone_type;          /* needs to be signed */
3269         unsigned long managed_pages = 0;
3270         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3271
3272         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3273                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3274         val->totalram = managed_pages;
3275         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3276         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3277 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3278         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3279         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3280                         NR_FREE_PAGES);
3281 #else
3282         val->totalhigh = 0;
3283         val->freehigh = 0;
3284 #endif
3285         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3286 }
3287 #endif
3288
3289 /*
3290  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3291  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3292  */
3293 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3294 {
3295         bool ret = false;
3296         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3297
3298         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3299                 goto out;
3300
3301         do {
3302                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3303                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3304         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3305 out:
3306         return ret;
3307 }
3308
3309 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3310
3311 static void show_migration_types(unsigned char type)
3312 {
3313         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3314                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3315                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3316                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3317                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3318 #ifdef CONFIG_CMA
3319                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3320 #endif
3321 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3322                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3323 #endif
3324         };
3325         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3326         char *p = tmp;
3327         int i;
3328
3329         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3330                 if (type & (1 << i))
3331                         *p++ = types[i];
3332         }
3333
3334         *p = '\0';
3335         printk("(%s) ", tmp);
3336 }
3337
3338 /*
3339  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3340  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3341  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3342  *
3343  * Bits in @filter:
3344  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3345  *   cpuset.
3346  */
3347 void show_free_areas(unsigned int filter)
3348 {
3349         unsigned long free_pcp = 0;
3350         int cpu;
3351         struct zone *zone;
3352
3353         for_each_populated_zone(zone) {
3354                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3355                         continue;
3356
3357                 for_each_online_cpu(cpu)
3358                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3359         }
3360
3361         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3362                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3363                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3364                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3365                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3366                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3367                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3368                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3369                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3370                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3371                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3372                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3373                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3374                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3375                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3376                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3377                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3378                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3379                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3380                 global_page_state(NR_SHMEM),
3381                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3382                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3383                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3384                 free_pcp,
3385                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3386
3387         for_each_populated_zone(zone) {
3388                 int i;
3389
3390                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3391                         continue;
3392
3393                 free_pcp = 0;
3394                 for_each_online_cpu(cpu)
3395                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3396
3397                 show_node(zone);
3398                 printk("%s"
3399                         " free:%lukB"
3400                         " min:%lukB"
3401                         " low:%lukB"
3402                         " high:%lukB"
3403                         " active_anon:%lukB"
3404                         " inactive_anon:%lukB"
3405                         " active_file:%lukB"
3406                         " inactive_file:%lukB"
3407                         " unevictable:%lukB"
3408                         " isolated(anon):%lukB"
3409                         " isolated(file):%lukB"
3410                         " present:%lukB"
3411                         " managed:%lukB"
3412                         " mlocked:%lukB"
3413                         " dirty:%lukB"
3414                         " writeback:%lukB"
3415                         " mapped:%lukB"
3416                         " shmem:%lukB"
3417                         " slab_reclaimable:%lukB"
3418                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3419                         " kernel_stack:%lukB"
3420                         " pagetables:%lukB"
3421                         " unstable:%lukB"
3422                         " bounce:%lukB"
3423                         " free_pcp:%lukB"
3424                         " local_pcp:%ukB"
3425                         " free_cma:%lukB"
3426                         " writeback_tmp:%lukB"
3427                         " pages_scanned:%lu"
3428                         " all_unreclaimable? %s"
3429                         "\n",
3430                         zone->name,
3431                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3432                         K(min_wmark_pages(zone)),
3433                         K(low_wmark_pages(zone)),
3434                         K(high_wmark_pages(zone)),
3435                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3436                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3437                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3438                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3439                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3440                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3441                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3442                         K(zone->present_pages),
3443                         K(zone->managed_pages),
3444                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3445                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3446                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3447                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3448                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3449                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3450                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3451                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3452                                 THREAD_SIZE / 1024,
3453                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3454                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3455                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3456                         K(free_pcp),
3457                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3458                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3459                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3460                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3461                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3462                         );
3463                 printk("lowmem_reserve[]:");
3464                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3465                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3466                 printk("\n");
3467         }
3468
3469         for_each_populated_zone(zone) {
3470                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3471                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3472
3473                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3474                         continue;
3475                 show_node(zone);
3476                 printk("%s: ", zone->name);
3477
3478                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3479                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3480                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3481                         int type;
3482
3483                         nr[order] = area->nr_free;
3484                         total += nr[order] << order;
3485
3486                         types[order] = 0;
3487                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3488                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3489                                         types[order] |= 1 << type;
3490                         }
3491                 }
3492                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3493                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3494                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3495                         if (nr[order])
3496                                 show_migration_types(types[order]);
3497                 }
3498                 printk("= %lukB\n", K(total));
3499         }
3500
3501         hugetlb_show_meminfo();
3502
3503         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3504
3505         show_swap_cache_info();
3506 }
3507
3508 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3509 {
3510         zoneref->zone = zone;
3511         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3512 }
3513
3514 /*
3515  * Builds allocation fallback zone lists.
3516  *
3517  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3518  */
3519 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3520                                 int nr_zones)
3521 {
3522         struct zone *zone;
3523         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3524
3525         do {
3526                 zone_type--;
3527                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3528                 if (populated_zone(zone)) {
3529                         zoneref_set_zone(zone,
3530                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3531                         check_highest_zone(zone_type);
3532                 }
3533         } while (zone_type);
3534
3535         return nr_zones;
3536 }
3537
3538
3539 /*
3540  *  zonelist_order:
3541  *  0 = automatic detection of better ordering.
3542  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3543  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3544  *
3545  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3546  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3547  */
3548 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3549 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3550 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3551
3552 /* zonelist order in the kernel.
3553  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3554  */
3555 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3556 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3557
3558
3559 #ifdef CONFIG_NUMA
3560 /* The value user specified ....changed by config */
3561 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3562 /* string for sysctl */
3563 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3564 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3565
3566 /*
3567  * interface for configure zonelist ordering.
3568  * command line option "numa_zonelist_order"
3569  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3570  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3571  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3572  */
3573
3574 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3575 {
3576         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3577                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3578         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3579                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3580         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3581                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3582         } else {
3583                 printk(KERN_WARNING
3584                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3585                         "%s\n", s);
3586                 return -EINVAL;
3587         }
3588         return 0;
3589 }
3590
3591 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3592 {
3593         int ret;
3594
3595         if (!s)
3596                 return 0;
3597
3598         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3599         if (ret == 0)
3600                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3601
3602         return ret;
3603 }
3604 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3605
3606 /*
3607  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3608  */
3609 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3610                 void __user *buffer, size_t *length,
3611                 loff_t *ppos)
3612 {
3613         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3614         int ret;
3615         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3616
3617         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3618         if (write) {
3619                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3620                         ret = -EINVAL;
3621                         goto out;
3622                 }
3623                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3624         }
3625         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3626         if (ret)
3627                 goto out;
3628         if (write) {
3629                 int oldval = user_zonelist_order;
3630
3631                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3632                 if (ret) {
3633                         /*
3634                          * bogus value.  restore saved string
3635                          */
3636                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3637                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3638                         user_zonelist_order = oldval;
3639                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3640                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3641                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3642                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3643                 }
3644         }
3645 out:
3646         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3647         return ret;
3648 }
3649
3650
3651 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3652 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3653
3654 /**
3655  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3656  * @node: node whose fallback list we're appending
3657  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3658  *
3659  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3660  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3661  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3662  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3663  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3664  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3665  * on them otherwise.
3666  * It returns -1 if no node is found.
3667  */
3668 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3669 {
3670         int n, val;
3671         int min_val = INT_MAX;
3672         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3673         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3674
3675         /* Use the local node if we haven't already */
3676         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3677                 node_set(node, *used_node_mask);
3678                 return node;
3679         }
3680
3681         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3682
3683                 /* Don't want a node to appear more than once */
3684                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3685                         continue;
3686
3687                 /* Use the distance array to find the distance */
3688                 val = node_distance(node, n);
3689
3690                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3691                 val += (n < node);
3692
3693                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3694                 tmp = cpumask_of_node(n);
3695                 if (!cpumask_empty(tmp))
3696                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3697
3698                 /* Slight preference for less loaded node */
3699                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3700                 val += node_load[n];
3701
3702                 if (val < min_val) {
3703                         min_val = val;
3704                         best_node = n;
3705                 }
3706         }
3707
3708         if (best_node >= 0)
3709                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3710
3711         return best_node;
3712 }
3713
3714
3715 /*
3716  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3717  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3718  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3719  */
3720 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3721 {
3722         int j;
3723         struct zonelist *zonelist;
3724
3725         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3726         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3727                 ;
3728         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3729         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3730         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3731 }
3732
3733 /*
3734  * Build gfp_thisnode zonelists
3735  */
3736 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3737 {
3738         int j;
3739         struct zonelist *zonelist;
3740
3741         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3742         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3743         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3744         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3745 }
3746
3747 /*
3748  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3749  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3750  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3751  * may still exist in local DMA zone.
3752  */
3753 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3754
3755 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3756 {
3757         int pos, j, node;
3758         int zone_type;          /* needs to be signed */
3759         struct zone *z;
3760         struct zonelist *zonelist;
3761
3762         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3763         pos = 0;
3764         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3765                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3766                         node = node_order[j];
3767                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3768                         if (populated_zone(z)) {
3769                                 zoneref_set_zone(z,
3770                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3771                                 check_highest_zone(zone_type);
3772                         }
3773                 }
3774         }
3775         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3776         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3777 }
3778
3779 #if defined(CONFIG_64BIT)
3780 /*
3781  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3782  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3783  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3784  */
3785 static int default_zonelist_order(void)
3786 {
3787         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3788 }
3789 #else
3790 /*
3791  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3792  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3793  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3794  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3795  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3796  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3797  */
3798 static int default_zonelist_order(void)
3799 {
3800         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3801 }
3802 #endif /* CONFIG_64BIT */
3803
3804 static void set_zonelist_order(void)
3805 {
3806         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3807                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3808         else
3809                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3810 }
3811
3812 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3813 {
3814         int j, node, load;
3815         enum zone_type i;
3816         nodemask_t used_mask;
3817         int local_node, prev_node;
3818         struct zonelist *zonelist;
3819         int order = current_zonelist_order;
3820
3821         /* initialize zonelists */
3822         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3823                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3824                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3825                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3826         }
3827
3828         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3829         local_node = pgdat->node_id;
3830         load = nr_online_nodes;
3831         prev_node = local_node;
3832         nodes_clear(used_mask);
3833
3834         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3835         j = 0;
3836
3837         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3838                 /*
3839                  * We don't want to pressure a particular node.
3840                  * So adding penalty to the first node in same
3841                  * distance group to make it round-robin.
3842                  */
3843                 if (node_distance(local_node, node) !=
3844                     node_distance(local_node, prev_node))
3845                         node_load[node] = load;
3846
3847                 prev_node = node;
3848                 load--;
3849                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3850                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3851                 else
3852                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3853         }
3854
3855         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3856                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3857                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3858         }
3859
3860         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3861 }
3862
3863 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3864 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3865 {
3866         struct zonelist *zonelist;
3867         struct zonelist_cache *zlc;
3868         struct zoneref *z;
3869
3870         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3871         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3872         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3873         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3874                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3875 }
3876
3877 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3878 /*
3879  * Return node id of node used for "local" allocations.
3880  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3881  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3882  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3883  */
3884 int local_memory_node(int node)
3885 {
3886         struct zone *zone;
3887
3888         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3889                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3890                                    NULL,
3891                                    &zone);
3892         return zone->node;
3893 }
3894 #endif
3895
3896 #else   /* CONFIG_NUMA */
3897
3898 static void set_zonelist_order(void)
3899 {
3900         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3901 }
3902
3903 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3904 {
3905         int node, local_node;
3906         enum zone_type j;
3907         struct zonelist *zonelist;
3908
3909         local_node = pgdat->node_id;
3910
3911         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3912         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3913
3914         /*
3915          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3916          * of all the other nodes.
3917          * We don't want to pressure a particular node, so when
3918          * building the zones for node N, we make sure that the
3919          * zones coming right after the local ones are those from
3920          * node N+1 (modulo N)
3921          */
3922         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3923                 if (!node_online(node))
3924                         continue;
3925                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3926         }
3927         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3928                 if (!node_online(node))
3929                         continue;
3930                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3931         }
3932
3933         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3934         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3935 }
3936
3937 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3938 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3939 {
3940         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3941 }
3942
3943 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3944
3945 /*
3946  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3947  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3948  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3949  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3950  * with interrupts disabled.
3951  *
3952  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3953  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3954  * hotplugged processors.
3955  *
3956  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3957  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3958  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3959  */
3960 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3961 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3962 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3963
3964 /*
3965  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3966  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3967  */
3968 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3969
3970 /* return values int ....just for stop_machine() */
3971 static int __build_all_zonelists(void *data)
3972 {
3973         int nid;
3974         int cpu;
3975         pg_data_t *self = data;
3976
3977 #ifdef CONFIG_NUMA
3978         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3979 #endif
3980
3981         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3982                 build_zonelists(self);
3983                 build_zonelist_cache(self);
3984         }
3985
3986         for_each_online_node(nid) {
3987                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3988
3989                 build_zonelists(pgdat);
3990                 build_zonelist_cache(pgdat);
3991         }
3992
3993         /*
3994          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3995          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3996          * each zone will be allocated later when the per cpu
3997          * allocator is available.
3998          *
3999          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4000          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4001          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4002          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4003          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4004          * (a chicken-egg dilemma).
4005          */
4006         for_each_possible_cpu(cpu) {
4007                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4008
4009 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4010                 /*
4011                  * We now know the "local memory node" for each node--
4012                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4013                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4014                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4015                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4016                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4017                  */
4018                 if (cpu_online(cpu))
4019                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4020 #endif
4021         }
4022
4023         return 0;
4024 }
4025
4026 static noinline void __init
4027 build_all_zonelists_init(void)
4028 {
4029         __build_all_zonelists(NULL);
4030         mminit_verify_zonelist();
4031         cpuset_init_current_mems_allowed();
4032 }
4033
4034 /*
4035  * Called with zonelists_mutex held always
4036  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4037  *
4038  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4039  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4040  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4041  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4042  */
4043 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4044 {
4045         set_zonelist_order();
4046
4047         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4048                 build_all_zonelists_init();
4049         } else {
4050 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4051                 if (zone)
4052                         setup_zone_pageset(zone);
4053 #endif
4054                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4055                    of zonelist */
4056                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4057                 /* cpuset refresh routine should be here */
4058         }
4059         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4060         /*
4061          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4062          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4063          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4064          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4065          * disabled and enable it later
4066          */
4067         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4068                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4069         else
4070                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4071
4072         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4073                 "Total pages: %ld\n",
4074                         nr_online_nodes,
4075                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4076                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4077                         vm_total_pages);
4078 #ifdef CONFIG_NUMA
4079         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4080 #endif
4081 }
4082
4083 /*
4084  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4085  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4086  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4087  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4088  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4089  * conservative, even though it seems large.
4090  *
4091  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4092  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4093  */
4094 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4095
4096 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4097 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4098 {
4099         unsigned long size = 1;
4100
4101         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4102
4103         while (size < pages)
4104                 size <<= 1;
4105
4106         /*
4107          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4108          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4109          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4110          */
4111         size = min(size, 4096UL);
4112
4113         return max(size, 4UL);
4114 }
4115 #else
4116 /*
4117  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4118  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4119  *
4120  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4121  *
4122  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4123  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4124  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4125  *
4126  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4127  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4128  *
4129  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4130  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4131  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4132  */
4133 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4134 {
4135         return 4096UL;
4136 }
4137 #endif
4138
4139 /*
4140  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4141  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4142  * hash function before the remainder is taken.
4143  */
4144 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4145 {
4146         return ffz(~size);
4147 }
4148
4149 /*
4150  * Check if a pageblock contains reserved pages
4151  */
4152 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4153 {
4154         unsigned long pfn;
4155
4156         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4157                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4158                         return 1;
4159         }
4160         return 0;
4161 }
4162
4163 /*
4164  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4165  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4166  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4167  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4168  * blocks as reclaim kicks in
4169  */
4170 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4171 {
4172         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4173         struct page *page;
4174         unsigned long block_migratetype;
4175         int reserve;
4176         int old_reserve;
4177
4178         /*
4179          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4180          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4181          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4182          * the block.
4183          */
4184         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4185         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4186         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4187         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4188                                                         pageblock_order;
4189
4190         /*
4191          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4192          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4193          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4194          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4195          * future allocation of hugepages at runtime.
4196          */
4197         reserve = min(2, reserve);
4198         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4199
4200         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4201         if (reserve == old_reserve)
4202                 return;
4203         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4204
4205         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4206                 if (!pfn_valid(pfn))
4207                         continue;
4208                 page = pfn_to_page(pfn);
4209
4210                 /* Watch out for overlapping nodes */
4211                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4212                         continue;
4213
4214                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4215
4216                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4217                 if (reserve > 0) {
4218                         /*
4219                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4220                          * them.
4221                          */
4222                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4223                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4224                                 continue;
4225
4226                         /* If this block is reserved, account for it */
4227                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4228                                 reserve--;
4229                                 continue;
4230                         }
4231
4232                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4233                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4234                                 set_pageblock_migratetype(page,
4235                                                         MIGRATE_RESERVE);
4236                                 move_freepages_block(zone, page,
4237                                                         MIGRATE_RESERVE);
4238                                 reserve--;
4239                                 continue;
4240                         }
4241                 } else if (!old_reserve) {
4242                         /*
4243                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4244                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4245                          */
4246                         break;
4247                 }
4248
4249                 /*
4250                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4251                  * take it back
4252                  */
4253                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4254                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4255                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4256                 }
4257         }
4258 }
4259
4260 /*
4261  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4262  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4263  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4264  */
4265 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4266                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4267 {
4268         struct page *page;
4269         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4270         unsigned long pfn;
4271         struct zone *z;
4272
4273         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4274                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4275
4276         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4277         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4278                 /*
4279                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4280                  * handed to this function.  They do not
4281                  * exist on hotplugged memory.
4282                  */
4283                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4284                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4285                                 continue;
4286                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4287                                 continue;
4288                 }
4289                 page = pfn_to_page(pfn);
4290                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4291                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4292                 init_page_count(page);
4293                 page_mapcount_reset(page);
4294                 page_cpupid_reset_last(page);
4295                 SetPageReserved(page);
4296                 /*
4297                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4298                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4299                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4300                  * the address space during boot when many long-lived
4301                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4302                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4303                  * setup_zone_migrate_reserve()
4304                  *
4305                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4306                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4307                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4308                  * pfn out of zone.
4309                  */
4310                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4311                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4312                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4313                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4314
4315                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4316 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4317                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4318                 if (!is_highmem_idx(zone))
4319                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4320 #endif
4321         }
4322 }
4323
4324 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4325 {
4326         unsigned int order, t;
4327         for_each_migratetype_order(order, t) {
4328                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4329                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4330         }
4331 }
4332
4333 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4334 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4335         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4336 #endif
4337
4338 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4339 {
4340 #ifdef CONFIG_MMU
4341         int batch;
4342
4343         /*
4344          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4345          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4346          *
4347          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4348          */
4349         batch = zone->managed_pages / 1024;
4350         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4351                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4352         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4353         if (batch < 1)
4354                 batch = 1;
4355
4356         /*
4357          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4358          * of 2 value was found to be more likely to have
4359          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4360          *
4361          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4362          * batches of pages, one task can end up with a lot
4363          * of pages of one half of the possible page colors
4364          * and the other with pages of the other colors.
4365          */
4366         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4367
4368         return batch;
4369
4370 #else
4371         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4372          * conditions.
4373          *
4374          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4375          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4376          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4377          *
4378          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4379          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4380          * can be a significant delay between the individual batches being
4381          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4382          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4383          */
4384         return 0;
4385 #endif
4386 }
4387
4388 /*
4389  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4390  * ->batch must never be higher then ->high.
4391  * The following function updates them in a safe manner without read side
4392  * locking.
4393  *
4394  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4395  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4396  *
4397  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4398  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4399  * exist).
4400  */
4401 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4402                 unsigned long batch)
4403 {
4404        /* start with a fail safe value for batch */
4405         pcp->batch = 1;
4406         smp_wmb();
4407
4408        /* Update high, then batch, in order */
4409         pcp->high = high;
4410         smp_wmb();
4411
4412         pcp->batch = batch;
4413 }
4414
4415 /* a companion to pageset_set_high() */
4416 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4417 {
4418         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4419 }
4420
4421 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4422 {
4423         struct per_cpu_pages *pcp;
4424         int migratetype;
4425
4426         memset(p, 0, sizeof(*p));
4427
4428         pcp = &p->pcp;
4429         pcp->count = 0;
4430         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4431                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4432 }
4433
4434 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4435 {
4436         pageset_init(p);
4437         pageset_set_batch(p, batch);
4438 }
4439
4440 /*
4441  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4442  * to the value high for the pageset p.
4443  */
4444 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4445                                 unsigned long high)
4446 {
4447         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4448         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4449                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4450
4451         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4452 }
4453
4454 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4455                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4456 {
4457         if (percpu_pagelist_fraction)
4458                 pageset_set_high(pcp,
4459                         (zone->managed_pages /
4460                                 percpu_pagelist_fraction));
4461         else
4462                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4463 }
4464
4465 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4466 {
4467         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4468
4469         pageset_init(pcp);
4470         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4471 }
4472
4473 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4474 {
4475         int cpu;
4476         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4477         for_each_possible_cpu(cpu)
4478                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4479 }
4480
4481 /*
4482  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4483  * Before this call only boot pagesets were available.
4484  */
4485 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4486 {
4487         struct zone *zone;
4488
4489         for_each_populated_zone(zone)
4490                 setup_zone_pageset(zone);
4491 }
4492
4493 static noinline __init_refok
4494 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4495 {
4496         int i;
4497         size_t alloc_size;
4498
4499         /*
4500          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4501          * per zone.
4502          */
4503         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4504                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4505         zone->wait_table_bits =
4506                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4507         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4508                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4509
4510         if (!slab_is_available()) {
4511                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4512                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4513                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4514         } else {
4515                 /*
4516                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4517                  * via memory hot-add.
4518                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4519                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4520                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4521                  * node itself as well.
4522                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4523                  * necessary.
4524                  */
4525                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4526         }
4527         if (!zone->wait_table)
4528                 return -ENOMEM;
4529
4530         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4531                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4532
4533         return 0;
4534 }
4535
4536 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4537 {
4538         /*
4539          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4540          * relies on the ability of the linker to provide the
4541          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4542          */
4543         zone->pageset = &boot_pageset;
4544
4545         if (populated_zone(zone))
4546                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4547                         zone->name, zone->present_pages,
4548                                          zone_batchsize(zone));
4549 }
4550
4551 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4552                                         unsigned long zone_start_pfn,
4553                                         unsigned long size,
4554                                         enum memmap_context context)
4555 {
4556         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4557         int ret;
4558         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4559         if (ret)
4560                 return ret;
4561         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4562
4563         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4564
4565         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4566                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4567                         pgdat->node_id,
4568                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4569                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4570
4571         zone_init_free_lists(zone);
4572
4573         return 0;
4574 }
4575
4576 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4577 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4578 /*
4579  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4580  */
4581 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4582 {
4583         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4584         int nid;
4585         /*
4586          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4587          * when the kernel is running single-threaded.
4588          */
4589         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4590         static int __meminitdata last_nid;
4591
4592         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4593                 return last_nid;
4594
4595         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4596         if (nid != -1) {
4597                 last_start_pfn = start_pfn;
4598                 last_end_pfn = end_pfn;
4599                 last_nid = nid;
4600         }
4601
4602         return nid;
4603 }
4604 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4605
4606 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4607 {
4608         int nid;
4609
4610         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4611         if (nid >= 0)
4612                 return nid;
4613         /* just returns 0 */
4614         return 0;
4615 }
4616
4617 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4618 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4619 {
4620         int nid;
4621
4622         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4623         if (nid >= 0 && nid != node)
4624                 return false;
4625         return true;
4626 }
4627 #endif
4628
4629 /**
4630  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4631  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4632  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4633  *
4634  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4635  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4636  * memblock_free_early_nid() manually.
4637  */
4638 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4639 {
4640         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4641         int i, this_nid;
4642
4643         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4644                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4645                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4646
4647                 if (start_pfn < end_pfn)
4648                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4649                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4650                                         this_nid);
4651         }
4652 }
4653
4654 /**
4655  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4656  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4657  *
4658  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4659  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4660  */
4661 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4662 {
4663         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4664         int i, this_nid;
4665
4666         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4667                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4668 }
4669
4670 /**
4671  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4672  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4673  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4674  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4675  *
4676  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4677  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4678  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4679  * PFNs will be 0.
4680  */
4681 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4682                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4683 {
4684         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4685         int i;
4686
4687         *start_pfn = -1UL;
4688         *end_pfn = 0;
4689
4690         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4691                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4692                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4693         }
4694
4695         if (*start_pfn == -1UL)
4696                 *start_pfn = 0;
4697 }
4698
4699 /*
4700  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4701  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4702  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4703  */
4704 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4705 {
4706         int zone_index;
4707         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4708                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4709                         continue;
4710
4711                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4712                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4713                         break;
4714         }
4715
4716         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4717         movable_zone = zone_index;
4718 }
4719
4720 /*
4721  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4722  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4723  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4724  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4725  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4726  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4727  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4728  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4729  */
4730 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4731                                         unsigned long zone_type,
4732                                         unsigned long node_start_pfn,
4733                                         unsigned long node_end_pfn,
4734                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4735                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4736 {
4737         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4738         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4739                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4740                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4741                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4742                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4743                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4744
4745                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4746                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4747                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4748                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4749
4750                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4751                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4752                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4753         }
4754 }
4755
4756 /*
4757  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4758  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4759  */
4760 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4761                                         unsigned long zone_type,
4762                                         unsigned long node_start_pfn,
4763                                         unsigned long node_end_pfn,
4764                                         unsigned long *ignored)
4765 {
4766         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4767
4768         /* Get the start and end of the zone */
4769         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4770         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4771         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4772                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4773                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4774
4775         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4776         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4777                 return 0;
4778
4779         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4780         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4781         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4782
4783         /* Return the spanned pages */
4784         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4785 }
4786
4787 /*
4788  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4789  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4790  */
4791 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4792                                 unsigned long range_start_pfn,
4793                                 unsigned long range_end_pfn)
4794 {
4795         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4796         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4797         int i;
4798
4799         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4800                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4801                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4802                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4803         }
4804         return nr_absent;
4805 }
4806
4807 /**
4808  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4809  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4810  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4811  *
4812  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4813  */
4814 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4815                                                         unsigned long end_pfn)
4816 {
4817         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4818 }
4819
4820 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4821 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4822                                         unsigned long zone_type,
4823                                         unsigned long node_start_pfn,
4824                                         unsigned long node_end_pfn,
4825                                         unsigned long *ignored)
4826 {
4827         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4828         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4829         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4830
4831         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4832         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4833
4834         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4835                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4836                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4837         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4838 }
4839
4840 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4841 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4842                                         unsigned long zone_type,
4843                                         unsigned long node_start_pfn,
4844                                         unsigned long node_end_pfn,
4845                                         unsigned long *zones_size)
4846 {
4847         return zones_size[zone_type];
4848 }
4849
4850 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4851                                                 unsigned long zone_type,
4852                                                 unsigned long node_start_pfn,
4853                                                 unsigned long node_end_pfn,
4854                                                 unsigned long *zholes_size)
4855 {
4856         if (!zholes_size)
4857                 return 0;
4858
4859         return zholes_size[zone_type];
4860 }
4861
4862 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4863
4864 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4865                                                 unsigned long node_start_pfn,
4866                                                 unsigned long node_end_pfn,
4867                                                 unsigned long *zones_size,
4868                                                 unsigned long *zholes_size)
4869 {
4870         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4871         enum zone_type i;
4872
4873         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4874                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4875                                                          node_start_pfn,
4876                                                          node_end_pfn,
4877                                                          zones_size);
4878         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4879
4880         realtotalpages = totalpages;
4881         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4882                 realtotalpages -=
4883                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4884                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4885                                                   zholes_size);
4886         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4887         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4888                                                         realtotalpages);
4889 }
4890
4891 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4892 /*
4893  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4894  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4895  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4896  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4897  * bytes.
4898  */
4899 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4900 {
4901         unsigned long usemapsize;
4902
4903         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4904         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4905         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4906         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4907         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4908
4909         return usemapsize / 8;
4910 }
4911
4912 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4913                                 struct zone *zone,
4914                                 unsigned long zone_start_pfn,
4915                                 unsigned long zonesize)
4916 {
4917         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4918         zone->pageblock_flags = NULL;
4919         if (usemapsize)
4920                 zone->pageblock_flags =
4921                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4922                                                          pgdat->node_id);
4923 }
4924 #else
4925 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4926                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4927 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4928
4929 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4930
4931 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4932 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4933 {
4934         unsigned int order;
4935
4936         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4937         if (pageblock_order)
4938                 return;
4939
4940         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4941                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4942         else
4943                 order = MAX_ORDER - 1;
4944
4945         /*
4946          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4947          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4948          * powerpc.
4949          */
4950         pageblock_order = order;
4951 }
4952 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4953
4954 /*
4955  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4956  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4957  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4958  * the kernel config
4959  */
4960 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4961 {
4962 }
4963
4964 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4965
4966 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4967                                                    unsigned long present_pages)
4968 {
4969         unsigned long pages = spanned_pages;
4970
4971         /*
4972          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4973          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4974          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4975          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4976          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4977          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4978          */
4979         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4980             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4981                 pages = present_pages;
4982
4983         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4984 }
4985
4986 /*
4987  * Set up the zone data structures:
4988  *   - mark all pages reserved
4989  *   - mark all memory queues empty
4990  *   - clear the memory bitmaps
4991  *
4992  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4993  */
4994 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4995                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4996                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4997 {
4998         enum zone_type j;
4999         int nid = pgdat->node_id;
5000         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5001         int ret;
5002
5003         pgdat_resize_init(pgdat);
5004 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5005         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5006         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5007         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5008 #endif
5009         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5010         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5011         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5012
5013         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5014                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5015                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5016
5017                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
5018                                                   node_end_pfn, zones_size);
5019                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
5020                                                                 node_start_pfn,
5021                                                                 node_end_pfn,
5022                                                                 zholes_size);
5023
5024                 /*
5025                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5026                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5027                  * and per-cpu initialisations
5028                  */
5029                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5030                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5031                         if (freesize >= memmap_pages) {
5032                                 freesize -= memmap_pages;
5033                                 if (memmap_pages)
5034                                         printk(KERN_DEBUG
5035                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5036                                                zone_names[j], memmap_pages);
5037                         } else
5038                                 printk(KERN_WARNING
5039                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5040                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5041                 }
5042
5043                 /* Account for reserved pages */
5044                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5045                         freesize -= dma_reserve;
5046                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5047                                         zone_names[0], dma_reserve);
5048                 }
5049
5050                 if (!is_highmem_idx(j))
5051                         nr_kernel_pages += freesize;
5052                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5053                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5054                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5055                 nr_all_pages += freesize;
5056
5057                 zone->spanned_pages = size;
5058                 zone->present_pages = realsize;
5059                 /*
5060                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5061                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5062                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5063                  */
5064                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5065 #ifdef CONFIG_NUMA
5066                 zone->node = nid;
5067                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5068                                                 / 100;
5069                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5070 #endif
5071                 zone->name = zone_names[j];
5072                 spin_lock_init(&zone->lock);
5073                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5074                 zone_seqlock_init(zone);
5075                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5076                 zone_pcp_init(zone);
5077
5078                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5079                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5080
5081                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5082                 if (!size)
5083                         continue;
5084
5085                 set_pageblock_order();
5086                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5087                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5088                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5089                 BUG_ON(ret);
5090                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5091                 zone_start_pfn += size;
5092         }
5093 }
5094
5095 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5096 {
5097         /* Skip empty nodes */
5098         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5099                 return;
5100
5101 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5102         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5103         if (!pgdat->node_mem_map) {
5104                 unsigned long size, start, end;
5105                 struct page *map;
5106
5107                 /*
5108                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5109                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5110                  * for the buddy allocator to function correctly.
5111                  */
5112                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5113                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5114                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5115                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5116                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5117                 if (!map)
5118                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5119                                                                pgdat->node_id);
5120                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5121         }
5122 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5123         /*
5124          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5125          */
5126         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5127                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5128 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5129                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5130                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5131 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5132         }
5133 #endif
5134 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5135 }
5136
5137 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5138                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5139 {
5140         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5141         unsigned long start_pfn = 0;
5142         unsigned long end_pfn = 0;
5143
5144         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5145         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5146
5147         pgdat->node_id = nid;
5148         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5149 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5150         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5151         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5152                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5153 #endif
5154         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5155                                   zones_size, zholes_size);
5156
5157         alloc_node_mem_map(pgdat);
5158 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5159         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5160                 nid, (unsigned long)pgdat,
5161                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5162 #endif
5163
5164         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5165                             zones_size, zholes_size);
5166 }
5167
5168 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5169
5170 #if MAX_NUMNODES > 1
5171 /*
5172  * Figure out the number of possible node ids.
5173  */
5174 void __init setup_nr_node_ids(void)
5175 {
5176         unsigned int node;
5177         unsigned int highest = 0;
5178
5179         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5180                 highest = node;
5181         nr_node_ids = highest + 1;
5182 }
5183 #endif
5184
5185 /**
5186  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5187  *
5188  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5189  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5190  * all the nodes.
5191  *
5192  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5193  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5194  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5195  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5196  *
5197  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5198  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5199  * populated node map.
5200  *
5201  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5202  * requirement (single node).
5203  */
5204 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5205 {
5206         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5207         unsigned long start, end, mask;
5208         int last_nid = -1;
5209         int i, nid;
5210
5211         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5212                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5213                         last_nid = nid;
5214                         last_end = end;
5215                         continue;
5216                 }
5217
5218                 /*
5219                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5220                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5221                  * too coarse to separate the current node from the last.
5222                  */
5223                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5224                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5225                         mask <<= 1;
5226
5227                 /* accumulate all internode masks */
5228                 accl_mask |= mask;
5229         }
5230
5231         /* convert mask to number of pages */
5232         return ~accl_mask + 1;
5233 }
5234
5235 /* Find the lowest pfn for a node */
5236 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5237 {
5238         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5239         unsigned long start_pfn;
5240         int i;
5241
5242         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5243                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5244
5245         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5246                 printk(KERN_WARNING
5247                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5248                 return 0;
5249         }
5250
5251         return min_pfn;
5252 }
5253
5254 /**
5255  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5256  *
5257  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5258  * memblock_set_node().
5259  */
5260 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5261 {
5262         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5263 }
5264
5265 /*
5266  * early_calculate_totalpages()
5267  * Sum pages in active regions for movable zone.
5268  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5269  */
5270 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5271 {
5272         unsigned long totalpages = 0;
5273         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5274         int i, nid;
5275
5276         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5277                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5278
5279                 totalpages += pages;
5280                 if (pages)
5281                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5282         }
5283         return totalpages;
5284 }
5285
5286 /*
5287  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5288  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5289  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5290  * others
5291  */
5292 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5293 {
5294         int i, nid;
5295         unsigned long usable_startpfn;
5296         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5297         /* save the state before borrow the nodemask */
5298         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5299         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5300         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5301         struct memblock_region *r;
5302
5303         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5304         find_usable_zone_for_movable();
5305
5306         /*
5307          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5308          * options.
5309          */
5310         if (movable_node_is_enabled()) {
5311                 for_each_memblock(memory, r) {
5312                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5313                                 continue;
5314
5315                         nid = r->nid;
5316
5317                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5318                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5319                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5320                                 usable_startpfn;
5321                 }
5322
5323                 goto out2;
5324         }
5325
5326         /*
5327          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5328          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5329          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5330          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5331          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5332          * what movablecore would have allowed.
5333          */
5334         if (required_movablecore) {
5335                 unsigned long corepages;
5336
5337                 /*
5338                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5339                  * was requested by the user
5340                  */
5341                 required_movablecore =
5342                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5343                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5344
5345                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5346         }
5347
5348         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5349         if (!required_kernelcore)
5350                 goto out;
5351
5352         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5353         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5354
5355 restart:
5356         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5357         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5358         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5359                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5360
5361                 /*
5362                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5363                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5364                  * amount of memory for the kernel
5365                  */
5366                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5367                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5368
5369                 /*
5370                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5371                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5372                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5373                  */
5374                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5375
5376                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5377                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5378                         unsigned long size_pages;
5379
5380                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5381                         if (start_pfn >= end_pfn)
5382                                 continue;
5383
5384                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5385                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5386                                 unsigned long kernel_pages;
5387                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5388                                                                 - start_pfn;
5389
5390                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5391                                                         kernelcore_remaining);
5392                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5393                                                         required_kernelcore);
5394
5395                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5396                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5397
5398                                         /*
5399                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5400                                          * that if we have to rebalance
5401                                          * kernelcore across nodes, we will
5402                                          * not double account here
5403                                          */
5404                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5405                                         continue;
5406                                 }
5407                                 start_pfn = usable_startpfn;
5408                         }
5409
5410                         /*
5411                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5412                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5413                          * number of pages used as kernelcore
5414                          */
5415                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5416                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5417                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5418                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5419
5420                         /*
5421                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5422                          * break if the kernelcore for this node has been
5423                          * satisfied
5424                          */
5425                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5426                                                                 size_pages);
5427                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5428                         if (!kernelcore_remaining)
5429                                 break;
5430                 }
5431         }
5432
5433         /*
5434          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5435          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5436          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5437          * satisfied
5438          */
5439         usable_nodes--;
5440         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5441                 goto restart;
5442
5443 out2:
5444         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5445         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5446                 zone_movable_pfn[nid] =
5447                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5448
5449 out:
5450         /* restore the node_state */
5451         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5452 }
5453
5454 /* Any regular or high memory on that node ? */
5455 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5456 {
5457         enum zone_type zone_type;
5458
5459         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5460                 return;
5461
5462         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5463                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5464                 if (populated_zone(zone)) {
5465                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5466                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5467                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5468                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5469                         break;
5470                 }
5471         }
5472 }
5473
5474 /**
5475  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5476  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5477  *
5478  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5479  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5480  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5481  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5482  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5483  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5484  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5485  * at arch_max_dma_pfn.
5486  */
5487 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5488 {
5489         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5490         int i, nid;
5491
5492         /* Record where the zone boundaries are */
5493         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5494                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5495         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5496                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5497         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5498         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5499         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5500                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5501                         continue;
5502                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5503                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5504                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5505                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5506         }
5507         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5508         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5509
5510         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5511         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5512         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5513
5514         /* Print out the zone ranges */
5515         pr_info("Zone ranges:\n");
5516         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5517                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5518                         continue;
5519                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5520                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5521                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5522                         pr_cont("empty\n");
5523                 else
5524                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5525                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5526                                         << PAGE_SHIFT,
5527                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5528                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5529         }
5530
5531         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5532         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5533         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5534                 if (zone_movable_pfn[i])
5535                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5536                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5537         }
5538
5539         /* Print out the early node map */
5540         pr_info("Early memory node ranges\n");
5541         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5542                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5543                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5544                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5545
5546         /* Initialise every node */
5547         mminit_verify_pageflags_layout();
5548         setup_nr_node_ids();
5549         for_each_online_node(nid) {
5550                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5551                 free_area_init_node(nid, NULL,
5552                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5553
5554                 /* Any memory on that node */
5555                 if (pgdat->node_present_pages)
5556                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5557                 check_for_memory(pgdat, nid);
5558         }
5559 }
5560
5561 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5562 {
5563         unsigned long long coremem;
5564         if (!p)
5565                 return -EINVAL;
5566
5567         coremem = memparse(p, &p);
5568         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5569
5570         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5571         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5572
5573         return 0;
5574 }
5575
5576 /*
5577  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5578  * cannot be reclaimed or migrated.
5579  */
5580 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5581 {
5582         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5583 }
5584
5585 /*
5586  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5587  * can be reclaimed or migrated.
5588  */
5589 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5590 {
5591         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5592 }
5593
5594 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5595 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5596
5597 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5598
5599 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5600 {
5601         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5602         page_zone(page)->managed_pages += count;
5603         totalram_pages += count;
5604 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5605         if (PageHighMem(page))
5606                 totalhigh_pages += count;
5607 #endif
5608         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5609 }
5610 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5611
5612 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5613 {
5614         void *pos;
5615         unsigned long pages = 0;
5616
5617         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5618         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5619         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5620                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5621                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5622                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5623         }
5624
5625         if (pages && s)
5626                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5627                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5628
5629         return pages;
5630 }
5631 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5632
5633 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5634 void free_highmem_page(struct page *page)
5635 {
5636         __free_reserved_page(page);
5637         totalram_pages++;
5638         page_zone(page)->managed_pages++;
5639         totalhigh_pages++;
5640 }
5641 #endif
5642
5643
5644 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5645 {
5646         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5647         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5648
5649         physpages = get_num_physpages();
5650         codesize = _etext - _stext;
5651         datasize = _edata - _sdata;
5652         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5653         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5654         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5655         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5656
5657         /*
5658          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5659          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5660          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5661          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5662          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5663          */
5664 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5665         do { \
5666                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5667                         size -= adj; \
5668         } while (0)
5669
5670         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5671                      _sinittext, init_code_size);
5672         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5673         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5674         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5675         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5676
5677 #undef  adj_init_size
5678
5679         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5680                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5681                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5682 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5683                ", %luK highmem"
5684 #endif
5685                "%s%s)\n",
5686                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5687                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5688                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5689                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5690                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5691 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5692                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5693 #endif
5694                str ? ", " : "", str ? str : "");
5695 }
5696
5697 /**
5698  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5699  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5700  *
5701  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5702  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5703  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5704  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5705  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5706  * smaller per-cpu batchsize.
5707  */
5708 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5709 {
5710         dma_reserve = new_dma_reserve;
5711 }
5712
5713 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5714 {
5715         free_area_init_node(0, zones_size,
5716                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5717 }
5718
5719 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5720                                  unsigned long action, void *hcpu)
5721 {
5722         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5723
5724         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5725                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5726                 drain_pages(cpu);
5727
5728                 /*
5729                  * Spill the event counters of the dead processor
5730                  * into the current processors event counters.
5731                  * This artificially elevates the count of the current
5732                  * processor.
5733                  */
5734                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5735
5736                 /*
5737                  * Zero the differential counters of the dead processor
5738                  * so that the vm statistics are consistent.
5739                  *
5740                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5741                  * race with what we are doing.
5742                  */
5743                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5744         }
5745         return NOTIFY_OK;
5746 }
5747
5748 void __init page_alloc_init(void)
5749 {
5750         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5751 }
5752
5753 /*
5754  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5755  *      or min_free_kbytes changes.
5756  */
5757 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5758 {
5759         struct pglist_data *pgdat;
5760         unsigned long reserve_pages = 0;
5761         enum zone_type i, j;
5762
5763         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5764                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5765                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5766                         long max = 0;
5767
5768                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5769                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5770                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5771                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5772                         }
5773
5774                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5775                         max += high_wmark_pages(zone);
5776
5777                         if (max > zone->managed_pages)
5778                                 max = zone->managed_pages;
5779                         reserve_pages += max;
5780                         /*
5781                          * Lowmem reserves are not available to
5782                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5783                          * kswapd tries to balance zones to their high
5784                          * watermark.  As a result, neither should be
5785                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5786                          * situation where reclaim has to clean pages
5787                          * in order to balance the zones.
5788                          */
5789                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5790                 }
5791         }
5792         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5793         totalreserve_pages = reserve_pages;
5794 }
5795
5796 /*
5797  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5798  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5799  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5800  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5801  */
5802 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5803 {
5804         struct pglist_data *pgdat;
5805         enum zone_type j, idx;
5806
5807         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5808                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5809                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5810                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5811
5812                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5813
5814                         idx = j;
5815                         while (idx) {
5816                                 struct zone *lower_zone;
5817
5818                                 idx--;
5819
5820                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5821                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5822
5823                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5824                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5825                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5826                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5827                         }
5828                 }
5829         }
5830
5831         /* update totalreserve_pages */
5832         calculate_totalreserve_pages();
5833 }
5834
5835 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5836 {
5837         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5838         unsigned long lowmem_pages = 0;
5839         struct zone *zone;
5840         unsigned long flags;
5841
5842         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5843         for_each_zone(zone) {
5844                 if (!is_highmem(zone))
5845                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5846         }
5847
5848         for_each_zone(zone) {
5849                 u64 tmp;
5850
5851                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5852                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5853                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5854                 if (is_highmem(zone)) {
5855                         /*
5856                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5857                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5858                          * value here.
5859                          *
5860                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5861                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
5862                          * not be capped for highmem.
5863                          */
5864                         unsigned long min_pages;
5865
5866                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5867                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5868                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5869                 } else {
5870                         /*
5871                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5872                          * proportionate to the zone's size.
5873                          */
5874                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5875                 }
5876
5877                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5878                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5879
5880                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5881                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5882                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5883
5884                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5885                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5886         }
5887
5888         /* update totalreserve_pages */
5889         calculate_totalreserve_pages();
5890 }
5891
5892 /**
5893  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5894  * or when memory is hot-{added|removed}
5895  *
5896  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5897  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5898  */
5899 void setup_per_zone_wmarks(void)
5900 {
5901         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5902         __setup_per_zone_wmarks();
5903         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5904 }
5905
5906 /*
5907  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5908  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5909  * to be referenced again before it is swapped out.
5910  *
5911  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5912  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5913  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5914  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5915  *
5916  * total     target    max
5917  * memory    ratio     inactive anon
5918  * -------------------------------------
5919  *   10MB       1         5MB
5920  *  100MB       1        50MB
5921  *    1GB       3       250MB
5922  *   10GB      10       0.9GB
5923  *  100GB      31         3GB
5924  *    1TB     101        10GB
5925  *   10TB     320        32GB
5926  */
5927 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5928 {
5929         unsigned int gb, ratio;
5930
5931         /* Zone size in gigabytes */
5932         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5933         if (gb)
5934                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5935         else
5936                 ratio = 1;
5937
5938         zone->inactive_ratio = ratio;
5939 }
5940
5941 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5942 {
5943         struct zone *zone;
5944
5945         for_each_zone(zone)
5946                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5947 }
5948
5949 /*
5950  * Initialise min_free_kbytes.
5951  *
5952  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5953  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5954  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5955  *
5956  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5957  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5958  *
5959  * which yields
5960  *
5961  * 16MB:        512k
5962  * 32MB:        724k
5963  * 64MB:        1024k
5964  * 128MB:       1448k
5965  * 256MB:       2048k
5966  * 512MB:       2896k
5967  * 1024MB:      4096k
5968  * 2048MB:      5792k
5969  * 4096MB:      8192k
5970  * 8192MB:      11584k
5971  * 16384MB:     16384k
5972  */
5973 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5974 {
5975         unsigned long lowmem_kbytes;
5976         int new_min_free_kbytes;
5977
5978         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5979         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5980
5981         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5982                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5983                 if (min_free_kbytes < 128)
5984                         min_free_kbytes = 128;
5985                 if (min_free_kbytes > 65536)
5986                         min_free_kbytes = 65536;
5987         } else {
5988                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5989                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5990         }
5991         setup_per_zone_wmarks();
5992         refresh_zone_stat_thresholds();
5993         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5994         setup_per_zone_inactive_ratio();
5995         return 0;
5996 }
5997 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5998
5999 /*
6000  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6001  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6002  *      changes.
6003  */
6004 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6005         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6006 {
6007         int rc;
6008
6009         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6010         if (rc)
6011                 return rc;
6012
6013         if (write) {
6014                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6015                 setup_per_zone_wmarks();
6016         }
6017         return 0;
6018 }
6019
6020 #ifdef CONFIG_NUMA
6021 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6022         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6023 {
6024         struct zone *zone;
6025         int rc;
6026
6027         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6028         if (rc)
6029                 return rc;
6030
6031         for_each_zone(zone)
6032                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6033                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6034         return 0;
6035 }
6036
6037 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6038         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6039 {
6040         struct zone *zone;
6041         int rc;
6042
6043         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6044         if (rc)
6045                 return rc;
6046
6047         for_each_zone(zone)
6048                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6049                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6050         return 0;
6051 }
6052 #endif
6053
6054 /*
6055  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6056  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6057  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6058  *
6059  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6060  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6061  * if in function of the boot time zone sizes.
6062  */
6063 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6064         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6065 {
6066         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6067         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6068         return 0;
6069 }
6070
6071 /*
6072  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6073  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6074  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6075  */
6076 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6077         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6078 {
6079         struct zone *zone;
6080         int old_percpu_pagelist_fraction;
6081         int ret;
6082
6083         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6084         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6085
6086         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6087         if (!write || ret < 0)
6088                 goto out;
6089
6090         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6091         if (percpu_pagelist_fraction &&
6092             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6093                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6094                 ret = -EINVAL;
6095                 goto out;
6096         }
6097
6098         /* No change? */
6099         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6100                 goto out;
6101
6102         for_each_populated_zone(zone) {
6103                 unsigned int cpu;
6104
6105                 for_each_possible_cpu(cpu)
6106                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6107                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6108         }
6109 out:
6110         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6111         return ret;
6112 }
6113
6114 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6115
6116 #ifdef CONFIG_NUMA
6117 static int __init set_hashdist(char *str)
6118 {
6119         if (!str)
6120                 return 0;
6121         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6122         return 1;
6123 }
6124 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6125 #endif
6126
6127 /*
6128  * allocate a large system hash table from bootmem
6129  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6130  *   quantity of entries
6131  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6132  */
6133 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6134                                      unsigned long bucketsize,
6135                                      unsigned long numentries,
6136                                      int scale,
6137                                      int flags,
6138                                      unsigned int *_hash_shift,
6139                                      unsigned int *_hash_mask,
6140                                      unsigned long low_limit,
6141                                      unsigned long high_limit)
6142 {
6143         unsigned long long max = high_limit;
6144         unsigned long log2qty, size;
6145         void *table = NULL;
6146
6147         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6148         if (!numentries) {
6149                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6150                 numentries = nr_kernel_pages;
6151
6152                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6153                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6154                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6155
6156                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6157                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6158                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6159                 else
6160                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6161
6162                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6163                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6164                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6165                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6166                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6167                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6168                                 BUG_ON(!numentries);
6169                         }
6170                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6171                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6172         }
6173         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6174
6175         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6176         if (max == 0) {
6177                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6178                 do_div(max, bucketsize);
6179         }
6180         max = min(max, 0x80000000ULL);
6181
6182         if (numentries < low_limit)
6183                 numentries = low_limit;
6184         if (numentries > max)
6185                 numentries = max;
6186
6187         log2qty = ilog2(numentries);
6188
6189         do {
6190                 size = bucketsize << log2qty;
6191                 if (flags & HASH_EARLY)
6192                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6193                 else if (hashdist)
6194                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6195                 else {
6196                         /*
6197                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6198                          * some pages at the end of hash table which
6199                          * alloc_pages_exact() automatically does
6200                          */
6201                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6202                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6203                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6204                         }
6205                 }
6206         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6207
6208         if (!table)
6209                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6210
6211         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6212                tablename,
6213                (1UL << log2qty),
6214                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6215                size);
6216
6217         if (_hash_shift)
6218                 *_hash_shift = log2qty;
6219         if (_hash_mask)
6220                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6221
6222         return table;
6223 }
6224
6225 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6226 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6227                                                         unsigned long pfn)
6228 {
6229 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6230         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6231 #else
6232         return zone->pageblock_flags;
6233 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6234 }
6235
6236 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6237 {
6238 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6239         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6240         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6241 #else
6242         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6243         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6244 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6245 }
6246
6247 /**
6248  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6249  * @page: The page within the block of interest
6250  * @pfn: The target page frame number
6251  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6252  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6253  *
6254  * Return: pageblock_bits flags
6255  */
6256 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6257                                         unsigned long end_bitidx,
6258                                         unsigned long mask)
6259 {
6260         struct zone *zone;
6261         unsigned long *bitmap;
6262         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6263         unsigned long word;
6264
6265         zone = page_zone(page);
6266         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6267         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6268         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6269         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6270
6271         word = bitmap[word_bitidx];
6272         bitidx += end_bitidx;
6273         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6274 }
6275
6276 /**
6277  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6278  * @page: The page within the block of interest
6279  * @flags: The flags to set
6280  * @pfn: The target page frame number
6281  * @end_bitidx: The last bit of interest
6282  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6283  */
6284 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6285                                         unsigned long pfn,
6286                                         unsigned long end_bitidx,
6287                                         unsigned long mask)
6288 {
6289         struct zone *zone;
6290         unsigned long *bitmap;
6291         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6292         unsigned long old_word, word;
6293
6294         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6295
6296         zone = page_zone(page);
6297         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6298         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6299         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6300         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6301
6302         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6303
6304         bitidx += end_bitidx;
6305         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6306         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6307
6308         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6309         for (;;) {
6310                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6311                 if (word == old_word)
6312                         break;
6313                 word = old_word;
6314         }
6315 }
6316
6317 /*
6318  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6319  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6320  *
6321  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6322  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6323  * expect this function should be exact.
6324  */
6325 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6326                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6327 {
6328         unsigned long pfn, iter, found;
6329         int mt;
6330
6331         /*
6332          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6333          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6334          */
6335         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6336                 return false;
6337         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6338         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6339                 return false;
6340
6341         pfn = page_to_pfn(page);
6342         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6343                 unsigned long check = pfn + iter;
6344
6345                 if (!pfn_valid_within(check))
6346                         continue;
6347
6348                 page = pfn_to_page(check);
6349
6350                 /*
6351                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6352                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6353                  * handle each tail page individually in migration.
6354                  */
6355                 if (PageHuge(page)) {
6356                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6357                         continue;
6358                 }
6359
6360                 /*
6361                  * We can't use page_count without pin a page
6362                  * because another CPU can free compound page.
6363                  * This check already skips compound tails of THP
6364                  * because their page->_count is zero at all time.
6365                  */
6366                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6367                         if (PageBuddy(page))
6368                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6369                         continue;
6370                 }
6371
6372                 /*
6373                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6374                  * page_count() is not 0.
6375                  */
6376                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6377                         continue;
6378
6379                 if (!PageLRU(page))
6380                         found++;
6381                 /*
6382                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6383                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6384                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6385                  */
6386                 /*
6387                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6388                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6389                  *
6390                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6391                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6392                  * page at boot.
6393                  */
6394                 if (found > count)
6395                         return true;
6396         }
6397         return false;
6398 }
6399
6400 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6401 {
6402         struct zone *zone;
6403         unsigned long pfn;
6404
6405         /*
6406          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6407          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6408          * the zone but still within the section.
6409          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6410          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6411          */
6412         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6413                 return false;
6414
6415         zone = page_zone(page);
6416         pfn = page_to_pfn(page);
6417         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6418                 return false;
6419
6420         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6421 }
6422
6423 #ifdef CONFIG_CMA
6424
6425 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6426 {
6427         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6428                              pageblock_nr_pages) - 1);
6429 }
6430
6431 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6432 {
6433         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6434                                 pageblock_nr_pages));
6435 }
6436
6437 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6438 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6439                                         unsigned long start, unsigned long end)
6440 {
6441         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6442         unsigned long nr_reclaimed;
6443         unsigned long pfn = start;
6444         unsigned int tries = 0;
6445         int ret = 0;
6446
6447         migrate_prep();
6448
6449         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6450                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6451                         ret = -EINTR;
6452                         break;
6453                 }
6454
6455                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6456                         cc->nr_migratepages = 0;
6457                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6458                         if (!pfn) {
6459                                 ret = -EINTR;
6460                                 break;
6461                         }
6462                         tries = 0;
6463                 } else if (++tries == 5) {
6464                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6465                         break;
6466                 }
6467
6468                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6469                                                         &cc->migratepages);
6470                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6471
6472                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6473                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6474         }
6475         if (ret < 0) {
6476                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6477                 return ret;
6478         }
6479         return 0;
6480 }
6481
6482 /**
6483  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6484  * @start:      start PFN to allocate
6485  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6486  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6487  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6488  *                      in range must have the same migratetype and it must
6489  *                      be either of the two.
6490  *
6491  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6492  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6493  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6494  * pages fall in.
6495  *
6496  * The PFN range must belong to a single zone.
6497  *
6498  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6499  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6500  * need to be freed with free_contig_range().
6501  */
6502 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6503                        unsigned migratetype)
6504 {
6505         unsigned long outer_start, outer_end;
6506         int ret = 0, order;
6507
6508         struct compact_control cc = {
6509                 .nr_migratepages = 0,
6510                 .order = -1,
6511                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6512                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6513                 .ignore_skip_hint = true,
6514         };
6515         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6516
6517         /*
6518          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6519          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6520          * have different sizes, and due to the way page allocator
6521          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6522          * that page allocator won't try to merge buddies from
6523          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6524          * other migration type.
6525          *
6526          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6527          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6528          * we are interested in).  This will put all the pages in
6529          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6530          *
6531          * When this is done, we take the pages in range from page
6532          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6533          * page allocator will never consider using them.
6534          *
6535          * This lets us mark the pageblocks back as
6536          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6537          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6538          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6539          */
6540
6541         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6542                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6543                                        false);
6544         if (ret)
6545                 return ret;
6546
6547         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6548         if (ret)
6549                 goto done;
6550
6551         /*
6552          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6553          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6554          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6555          * What we are going to do is to allocate all pages from
6556          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6557          *
6558          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6559          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6560          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6561          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6562          * once this is done free the pages we are not interested in.
6563          *
6564          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6565          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6566          */
6567
6568         lru_add_drain_all();
6569         drain_all_pages(cc.zone);
6570
6571         order = 0;
6572         outer_start = start;
6573         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6574                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6575                         ret = -EBUSY;
6576                         goto done;
6577                 }
6578                 outer_start &= ~0UL << order;
6579         }
6580
6581         /* Make sure the range is really isolated. */
6582         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6583                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6584                         __func__, outer_start, end);
6585                 ret = -EBUSY;
6586                 goto done;
6587         }
6588
6589         /* Grab isolated pages from freelists. */
6590         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6591         if (!outer_end) {
6592                 ret = -EBUSY;
6593                 goto done;
6594         }
6595
6596         /* Free head and tail (if any) */
6597         if (start != outer_start)
6598                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6599         if (end != outer_end)
6600                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6601
6602 done:
6603         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6604                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6605         return ret;
6606 }
6607
6608 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6609 {
6610         unsigned int count = 0;
6611
6612         for (; nr_pages--; pfn++) {
6613                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6614
6615                 count += page_count(page) != 1;
6616                 __free_page(page);
6617         }
6618         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6619 }
6620 #endif
6621
6622 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6623 /*
6624  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6625  * page high values need to be recalulated.
6626  */
6627 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6628 {
6629         unsigned cpu;
6630         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6631         for_each_possible_cpu(cpu)
6632                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6633                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6634         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6635 }
6636 #endif
6637
6638 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6639 {
6640         unsigned long flags;
6641         int cpu;
6642         struct per_cpu_pageset *pset;
6643
6644         /* avoid races with drain_pages()  */
6645         local_irq_save(flags);
6646         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6647                 for_each_online_cpu(cpu) {
6648                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6649                         drain_zonestat(zone, pset);
6650                 }
6651                 free_percpu(zone->pageset);
6652                 zone->pageset = &boot_pageset;
6653         }
6654         local_irq_restore(flags);
6655 }
6656
6657 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6658 /*
6659  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6660  */
6661 void
6662 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6663 {
6664         struct page *page;
6665         struct zone *zone;
6666         unsigned int order, i;
6667         unsigned long pfn;
6668         unsigned long flags;
6669         /* find the first valid pfn */
6670         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6671                 if (pfn_valid(pfn))
6672                         break;
6673         if (pfn == end_pfn)
6674                 return;
6675         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6676         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6677         pfn = start_pfn;
6678         while (pfn < end_pfn) {
6679                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6680                         pfn++;
6681                         continue;
6682                 }
6683                 page = pfn_to_page(pfn);
6684                 /*
6685                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6686                  * page_count() is not 0.
6687                  */
6688                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6689                         pfn++;
6690                         SetPageReserved(page);
6691                         continue;
6692                 }
6693
6694                 BUG_ON(page_count(page));
6695                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6696                 order = page_order(page);
6697 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6698                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6699                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6700 #endif
6701                 list_del(&page->lru);
6702                 rmv_page_order(page);
6703                 zone->free_area[order].nr_free--;
6704                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6705                         SetPageReserved((page+i));
6706                 pfn += (1 << order);
6707         }
6708         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6709 }
6710 #endif
6711
6712 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6713 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6714 {
6715         struct zone *zone = page_zone(page);
6716         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6717         unsigned long flags;
6718         unsigned int order;
6719
6720         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6721         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6722                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6723
6724                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6725                         break;
6726         }
6727         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6728
6729         return order < MAX_ORDER;
6730 }
6731 #endif