mm: remove __GFP_NOFAIL is deprecated comment
[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/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
312         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
313                 return true;
314
315         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
316         (*nr_initialised)++;
317         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
318             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
319                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
320                 return false;
321         }
322
323         return true;
324 }
325 #else
326 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
327 {
328 }
329
330 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
331 {
332         return false;
333 }
334
335 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
336 {
337         return false;
338 }
339
340 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
341                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
342                                 unsigned long *nr_initialised)
343 {
344         return true;
345 }
346 #endif
347
348
349 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
350 {
351         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
352                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
353                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
354
355         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
356                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
357 }
358
359 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
360 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
361 {
362         int ret = 0;
363         unsigned seq;
364         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
365         unsigned long sp, start_pfn;
366
367         do {
368                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
369                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
370                 sp = zone->spanned_pages;
371                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
372                         ret = 1;
373         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
374
375         if (ret)
376                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
377                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
378                         start_pfn, start_pfn + sp);
379
380         return ret;
381 }
382
383 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
384 {
385         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
386                 return 0;
387         if (zone != page_zone(page))
388                 return 0;
389
390         return 1;
391 }
392 /*
393  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
394  */
395 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
396 {
397         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
398                 return 1;
399         if (!page_is_consistent(zone, page))
400                 return 1;
401
402         return 0;
403 }
404 #else
405 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
406 {
407         return 0;
408 }
409 #endif
410
411 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
412                 unsigned long bad_flags)
413 {
414         static unsigned long resume;
415         static unsigned long nr_shown;
416         static unsigned long nr_unshown;
417
418         /* Don't complain about poisoned pages */
419         if (PageHWPoison(page)) {
420                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
421                 return;
422         }
423
424         /*
425          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
426          * or allow a steady drip of one report per second.
427          */
428         if (nr_shown == 60) {
429                 if (time_before(jiffies, resume)) {
430                         nr_unshown++;
431                         goto out;
432                 }
433                 if (nr_unshown) {
434                         pr_alert(
435                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
436                                 nr_unshown);
437                         nr_unshown = 0;
438                 }
439                 nr_shown = 0;
440         }
441         if (nr_shown++ == 0)
442                 resume = jiffies + 60 * HZ;
443
444         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
445                 current->comm, page_to_pfn(page));
446         __dump_page(page, reason);
447         bad_flags &= page->flags;
448         if (bad_flags)
449                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
450                                                 bad_flags, &bad_flags);
451         dump_page_owner(page);
452
453         print_modules();
454         dump_stack();
455 out:
456         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
457         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
458         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
459 }
460
461 /*
462  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
463  *
464  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
465  *
466  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
467  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
468  *
469  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
470  * page destructors. See compound_page_dtors.
471  *
472  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
473  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
474  */
475
476 void free_compound_page(struct page *page)
477 {
478         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
479 }
480
481 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
482 {
483         int i;
484         int nr_pages = 1 << order;
485
486         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
487         set_compound_order(page, order);
488         __SetPageHead(page);
489         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
490                 struct page *p = page + i;
491                 set_page_count(p, 0);
492                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
493                 set_compound_head(p, page);
494         }
495         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
496 }
497
498 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
499 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
500 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
501                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
502 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
503 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
504
505 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
506 {
507         if (!buf)
508                 return -EINVAL;
509
510         if (strcmp(buf, "on") == 0)
511                 _debug_pagealloc_enabled = true;
512
513         if (strcmp(buf, "off") == 0)
514                 _debug_pagealloc_enabled = false;
515
516         return 0;
517 }
518 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
519
520 static bool need_debug_guardpage(void)
521 {
522         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
523         if (!debug_pagealloc_enabled())
524                 return false;
525
526         return true;
527 }
528
529 static void init_debug_guardpage(void)
530 {
531         if (!debug_pagealloc_enabled())
532                 return;
533
534         _debug_guardpage_enabled = true;
535 }
536
537 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
538         .need = need_debug_guardpage,
539         .init = init_debug_guardpage,
540 };
541
542 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
543 {
544         unsigned long res;
545
546         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
547                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
548                 return 0;
549         }
550         _debug_guardpage_minorder = res;
551         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
552         return 0;
553 }
554 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
555
556 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
557                                 unsigned int order, int migratetype)
558 {
559         struct page_ext *page_ext;
560
561         if (!debug_guardpage_enabled())
562                 return;
563
564         page_ext = lookup_page_ext(page);
565         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
566
567         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
568         set_page_private(page, order);
569         /* Guard pages are not available for any usage */
570         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
571 }
572
573 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
574                                 unsigned int order, int migratetype)
575 {
576         struct page_ext *page_ext;
577
578         if (!debug_guardpage_enabled())
579                 return;
580
581         page_ext = lookup_page_ext(page);
582         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
583
584         set_page_private(page, 0);
585         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
586                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
587 }
588 #else
589 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
590 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
591                                 unsigned int order, int migratetype) {}
592 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
593                                 unsigned int order, int migratetype) {}
594 #endif
595
596 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
597 {
598         set_page_private(page, order);
599         __SetPageBuddy(page);
600 }
601
602 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
603 {
604         __ClearPageBuddy(page);
605         set_page_private(page, 0);
606 }
607
608 /*
609  * This function checks whether a page is free && is the buddy
610  * we can do coalesce a page and its buddy if
611  * (a) the buddy is not in a hole &&
612  * (b) the buddy is in the buddy system &&
613  * (c) a page and its buddy have the same order &&
614  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
615  *
616  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
617  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
618  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
619  * serialized by zone->lock.
620  *
621  * For recording page's order, we use page_private(page).
622  */
623 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
624                                                         unsigned int order)
625 {
626         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
627                 return 0;
628
629         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
630                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
631                         return 0;
632
633                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
634
635                 return 1;
636         }
637
638         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
639                 /*
640                  * zone check is done late to avoid uselessly
641                  * calculating zone/node ids for pages that could
642                  * never merge.
643                  */
644                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
645                         return 0;
646
647                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
648
649                 return 1;
650         }
651         return 0;
652 }
653
654 /*
655  * Freeing function for a buddy system allocator.
656  *
657  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
658  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
659  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
660  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
661  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
662  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
663  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
664  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
665  * parts of the VM system.
666  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
667  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
668  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
669  * field.
670  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
671  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
672  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
673  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
674  * triggers coalescing into a block of larger size.
675  *
676  * -- nyc
677  */
678
679 static inline void __free_one_page(struct page *page,
680                 unsigned long pfn,
681                 struct zone *zone, unsigned int order,
682                 int migratetype)
683 {
684         unsigned long page_idx;
685         unsigned long combined_idx;
686         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
687         struct page *buddy;
688         unsigned int max_order = MAX_ORDER;
689
690         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
691         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
692
693         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
694         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
695                 /*
696                  * We restrict max order of merging to prevent merge
697                  * between freepages on isolate pageblock and normal
698                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
699                  * could cause incorrect freepage accounting.
700                  */
701                 max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
702         } else {
703                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
704         }
705
706         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
707
708         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
709         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
710
711         while (order < max_order - 1) {
712                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
713                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
714                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
715                         break;
716                 /*
717                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
718                  * merge with it and move up one order.
719                  */
720                 if (page_is_guard(buddy)) {
721                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
722                 } else {
723                         list_del(&buddy->lru);
724                         zone->free_area[order].nr_free--;
725                         rmv_page_order(buddy);
726                 }
727                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
728                 page = page + (combined_idx - page_idx);
729                 page_idx = combined_idx;
730                 order++;
731         }
732         set_page_order(page, order);
733
734         /*
735          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
736          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
737          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
738          * that is happening, add the free page to the tail of the list
739          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
740          * as a higher order page
741          */
742         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
743                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
744                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
745                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
746                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
747                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
748                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
749                         list_add_tail(&page->lru,
750                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
751                         goto out;
752                 }
753         }
754
755         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
756 out:
757         zone->free_area[order].nr_free++;
758 }
759
760 static inline int free_pages_check(struct page *page)
761 {
762         const char *bad_reason = NULL;
763         unsigned long bad_flags = 0;
764
765         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
766                 bad_reason = "nonzero mapcount";
767         if (unlikely(page->mapping != NULL))
768                 bad_reason = "non-NULL mapping";
769         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
770                 bad_reason = "nonzero _count";
771         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
772                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
773                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
774         }
775 #ifdef CONFIG_MEMCG
776         if (unlikely(page->mem_cgroup))
777                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
778 #endif
779         if (unlikely(bad_reason)) {
780                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
781                 return 1;
782         }
783         page_cpupid_reset_last(page);
784         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
785                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
786         return 0;
787 }
788
789 /*
790  * Frees a number of pages from the PCP lists
791  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
792  * count is the number of pages to free.
793  *
794  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
795  * see if this freeing clears that state.
796  *
797  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
798  * pinned" detection logic.
799  */
800 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
801                                         struct per_cpu_pages *pcp)
802 {
803         int migratetype = 0;
804         int batch_free = 0;
805         int to_free = count;
806         unsigned long nr_scanned;
807
808         spin_lock(&zone->lock);
809         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
810         if (nr_scanned)
811                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
812
813         while (to_free) {
814                 struct page *page;
815                 struct list_head *list;
816
817                 /*
818                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
819                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
820                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
821                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
822                  * lists
823                  */
824                 do {
825                         batch_free++;
826                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
827                                 migratetype = 0;
828                         list = &pcp->lists[migratetype];
829                 } while (list_empty(list));
830
831                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
832                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
833                         batch_free = to_free;
834
835                 do {
836                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
837
838                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
839                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
840                         list_del(&page->lru);
841
842                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
843                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
844                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
845                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
846                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
847                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
848
849                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
850                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
851                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
852         }
853         spin_unlock(&zone->lock);
854 }
855
856 static void free_one_page(struct zone *zone,
857                                 struct page *page, unsigned long pfn,
858                                 unsigned int order,
859                                 int migratetype)
860 {
861         unsigned long nr_scanned;
862         spin_lock(&zone->lock);
863         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
864         if (nr_scanned)
865                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
866
867         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
868                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
869                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
870         }
871         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
872         spin_unlock(&zone->lock);
873 }
874
875 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
876 {
877         int ret = 1;
878
879         /*
880          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
881          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
882          */
883         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
884
885         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
886                 ret = 0;
887                 goto out;
888         }
889         switch (page - head_page) {
890         case 1:
891                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
892                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
893                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
894                         goto out;
895                 }
896                 break;
897         case 2:
898                 /*
899                  * the second tail page: ->mapping is
900                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
901                  */
902                 break;
903         default:
904                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
905                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
906                         goto out;
907                 }
908                 break;
909         }
910         if (unlikely(!PageTail(page))) {
911                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
912                 goto out;
913         }
914         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
915                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
916                 goto out;
917         }
918         ret = 0;
919 out:
920         page->mapping = NULL;
921         clear_compound_head(page);
922         return ret;
923 }
924
925 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
926                                 unsigned long zone, int nid)
927 {
928         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
929         init_page_count(page);
930         page_mapcount_reset(page);
931         page_cpupid_reset_last(page);
932
933         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
934 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
935         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
936         if (!is_highmem_idx(zone))
937                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
938 #endif
939 }
940
941 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
942                                         int nid)
943 {
944         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
945 }
946
947 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
948 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
949 {
950         pg_data_t *pgdat;
951         int nid, zid;
952
953         if (!early_page_uninitialised(pfn))
954                 return;
955
956         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
957         pgdat = NODE_DATA(nid);
958
959         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
960                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
961
962                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
963                         break;
964         }
965         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
966 }
967 #else
968 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
969 {
970 }
971 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
972
973 /*
974  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
975  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
976  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
977  * sent to the buddy page allocator.
978  */
979 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
980 {
981         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
982         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
983
984         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
985                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
986                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
987
988                         init_reserved_page(start_pfn);
989
990                         /* Avoid false-positive PageTail() */
991                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
992
993                         SetPageReserved(page);
994                 }
995         }
996 }
997
998 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
999 {
1000         bool compound = PageCompound(page);
1001         int i, bad = 0;
1002
1003         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1004         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1005
1006         trace_mm_page_free(page, order);
1007         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1008         kasan_free_pages(page, order);
1009
1010         if (PageAnon(page))
1011                 page->mapping = NULL;
1012         bad += free_pages_check(page);
1013         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1014                 if (compound)
1015                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1016                 bad += free_pages_check(page + i);
1017         }
1018         if (bad)
1019                 return false;
1020
1021         reset_page_owner(page, order);
1022
1023         if (!PageHighMem(page)) {
1024                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1025                                            PAGE_SIZE << order);
1026                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1027                                            PAGE_SIZE << order);
1028         }
1029         arch_free_page(page, order);
1030         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1031         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1032
1033         return true;
1034 }
1035
1036 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1037 {
1038         unsigned long flags;
1039         int migratetype;
1040         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1041
1042         if (!free_pages_prepare(page, order))
1043                 return;
1044
1045         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1046         local_irq_save(flags);
1047         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1048         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1049         local_irq_restore(flags);
1050 }
1051
1052 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1053                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1054 {
1055         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1056         struct page *p = page;
1057         unsigned int loop;
1058
1059         prefetchw(p);
1060         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1061                 prefetchw(p + 1);
1062                 __ClearPageReserved(p);
1063                 set_page_count(p, 0);
1064         }
1065         __ClearPageReserved(p);
1066         set_page_count(p, 0);
1067
1068         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1069         set_page_refcounted(page);
1070         __free_pages(page, order);
1071 }
1072
1073 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1074         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1075
1076 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1077
1078 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1079 {
1080         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1081         int nid;
1082
1083         spin_lock(&early_pfn_lock);
1084         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1085         if (nid < 0)
1086                 nid = 0;
1087         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1088
1089         return nid;
1090 }
1091 #endif
1092
1093 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1094 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1095                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1096 {
1097         int nid;
1098
1099         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1100         if (nid >= 0 && nid != node)
1101                 return false;
1102         return true;
1103 }
1104
1105 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1106 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1107 {
1108         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1109 }
1110
1111 #else
1112
1113 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1114 {
1115         return true;
1116 }
1117 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1118                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1119 {
1120         return true;
1121 }
1122 #endif
1123
1124
1125 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1126                                                         unsigned int order)
1127 {
1128         if (early_page_uninitialised(pfn))
1129                 return;
1130         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1131 }
1132
1133 /*
1134  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1135  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1136  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1137  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1138  * pageblocks.
1139  *
1140  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1141  *
1142  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1143  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1144  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1145  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1146  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1147  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1148  * page in a pageblock.
1149  */
1150 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1151                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1152 {
1153         struct page *start_page;
1154         struct page *end_page;
1155
1156         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1157         end_pfn--;
1158
1159         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1160                 return NULL;
1161
1162         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1163
1164         if (page_zone(start_page) != zone)
1165                 return NULL;
1166
1167         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1168
1169         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1170         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1171                 return NULL;
1172
1173         return start_page;
1174 }
1175
1176 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1177 {
1178         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1179         unsigned long block_end_pfn;
1180
1181         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1182         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1183                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1184                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1185
1186                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1187
1188                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1189                                              block_end_pfn, zone))
1190                         return;
1191         }
1192
1193         /* We confirm that there is no hole */
1194         zone->contiguous = true;
1195 }
1196
1197 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1198 {
1199         zone->contiguous = false;
1200 }
1201
1202 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1203 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1204                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1205 {
1206         int i;
1207
1208         if (!page)
1209                 return;
1210
1211         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1212         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1213             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1214                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1215                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1216                 return;
1217         }
1218
1219         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1220                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1221 }
1222
1223 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1224 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1225 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1226
1227 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1228 {
1229         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1230                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1231 }
1232
1233 /* Initialise remaining memory on a node */
1234 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1235 {
1236         pg_data_t *pgdat = data;
1237         int nid = pgdat->node_id;
1238         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1239         unsigned long start = jiffies;
1240         unsigned long nr_pages = 0;
1241         unsigned long walk_start, walk_end;
1242         int i, zid;
1243         struct zone *zone;
1244         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1245         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1246
1247         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1248                 pgdat_init_report_one_done();
1249                 return 0;
1250         }
1251
1252         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1253         if (!cpumask_empty(cpumask))
1254                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1255
1256         /* Sanity check boundaries */
1257         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1258         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1259         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1260
1261         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1262         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1263                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1264                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1265                         break;
1266         }
1267
1268         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1269                 unsigned long pfn, end_pfn;
1270                 struct page *page = NULL;
1271                 struct page *free_base_page = NULL;
1272                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1273                 int nr_to_free = 0;
1274
1275                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1276                 pfn = first_init_pfn;
1277                 if (pfn < walk_start)
1278                         pfn = walk_start;
1279                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1280                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1281
1282                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1283                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1284                                 goto free_range;
1285
1286                         /*
1287                          * Ensure pfn_valid is checked every
1288                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1289                          */
1290                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1291                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1292                                         page = NULL;
1293                                         goto free_range;
1294                                 }
1295                         }
1296
1297                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1298                                 page = NULL;
1299                                 goto free_range;
1300                         }
1301
1302                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1303                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1304                                 page++;
1305                         } else {
1306                                 nr_pages += nr_to_free;
1307                                 deferred_free_range(free_base_page,
1308                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1309                                 free_base_page = NULL;
1310                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1311
1312                                 page = pfn_to_page(pfn);
1313                                 cond_resched();
1314                         }
1315
1316                         if (page->flags) {
1317                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1318                                 goto free_range;
1319                         }
1320
1321                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1322                         if (!free_base_page) {
1323                                 free_base_page = page;
1324                                 free_base_pfn = pfn;
1325                                 nr_to_free = 0;
1326                         }
1327                         nr_to_free++;
1328
1329                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1330                         continue;
1331 free_range:
1332                         /* Free the current block of pages to allocator */
1333                         nr_pages += nr_to_free;
1334                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1335                                                                 nr_to_free);
1336                         free_base_page = NULL;
1337                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1338                 }
1339
1340                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1341         }
1342
1343         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1344         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1345
1346         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1347                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1348
1349         pgdat_init_report_one_done();
1350         return 0;
1351 }
1352 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1353
1354 void __init page_alloc_init_late(void)
1355 {
1356         struct zone *zone;
1357
1358 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1359         int nid;
1360
1361         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1362         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1363         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1364                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1365         }
1366
1367         /* Block until all are initialised */
1368         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1369
1370         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1371         files_maxfiles_init();
1372 #endif
1373
1374         for_each_populated_zone(zone)
1375                 set_zone_contiguous(zone);
1376 }
1377
1378 #ifdef CONFIG_CMA
1379 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1380 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1381 {
1382         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1383         struct page *p = page;
1384
1385         do {
1386                 __ClearPageReserved(p);
1387                 set_page_count(p, 0);
1388         } while (++p, --i);
1389
1390         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1391
1392         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1393                 i = pageblock_nr_pages;
1394                 p = page;
1395                 do {
1396                         set_page_refcounted(p);
1397                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1398                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1399                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1400         } else {
1401                 set_page_refcounted(page);
1402                 __free_pages(page, pageblock_order);
1403         }
1404
1405         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1406 }
1407 #endif
1408
1409 /*
1410  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1411  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1412  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1413  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1414  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1415  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1416  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1417  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1418  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1419  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1420  *
1421  * -- nyc
1422  */
1423 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1424         int low, int high, struct free_area *area,
1425         int migratetype)
1426 {
1427         unsigned long size = 1 << high;
1428
1429         while (high > low) {
1430                 area--;
1431                 high--;
1432                 size >>= 1;
1433                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1434
1435                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1436                         debug_guardpage_enabled() &&
1437                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1438                         /*
1439                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1440                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1441                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1442                          * pages will stay not present in virtual address space
1443                          */
1444                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1445                         continue;
1446                 }
1447                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1448                 area->nr_free++;
1449                 set_page_order(&page[size], high);
1450         }
1451 }
1452
1453 /*
1454  * This page is about to be returned from the page allocator
1455  */
1456 static inline int check_new_page(struct page *page)
1457 {
1458         const char *bad_reason = NULL;
1459         unsigned long bad_flags = 0;
1460
1461         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1462                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1463         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1464                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1465         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1466                 bad_reason = "nonzero _count";
1467         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1468                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1469                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1470         }
1471         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1472                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1473                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1474         }
1475 #ifdef CONFIG_MEMCG
1476         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1477                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1478 #endif
1479         if (unlikely(bad_reason)) {
1480                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1481                 return 1;
1482         }
1483         return 0;
1484 }
1485
1486 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1487 {
1488         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1489                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1490 }
1491
1492 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1493                                                                 int alloc_flags)
1494 {
1495         int i;
1496         bool poisoned = true;
1497
1498         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1499                 struct page *p = page + i;
1500                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1501                         return 1;
1502                 if (poisoned)
1503                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1504         }
1505
1506         set_page_private(page, 0);
1507         set_page_refcounted(page);
1508
1509         arch_alloc_page(page, order);
1510         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1511         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1512         kasan_alloc_pages(page, order);
1513
1514         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1515                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1516                         clear_highpage(page + i);
1517
1518         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1519                 prep_compound_page(page, order);
1520
1521         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1522
1523         /*
1524          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1525          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1526          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1527          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1528          */
1529         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1530                 set_page_pfmemalloc(page);
1531         else
1532                 clear_page_pfmemalloc(page);
1533
1534         return 0;
1535 }
1536
1537 /*
1538  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1539  * the smallest available page from the freelists
1540  */
1541 static inline
1542 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1543                                                 int migratetype)
1544 {
1545         unsigned int current_order;
1546         struct free_area *area;
1547         struct page *page;
1548
1549         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1550         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1551                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1552                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1553                                                         struct page, lru);
1554                 if (!page)
1555                         continue;
1556                 list_del(&page->lru);
1557                 rmv_page_order(page);
1558                 area->nr_free--;
1559                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1560                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1561                 return page;
1562         }
1563
1564         return NULL;
1565 }
1566
1567
1568 /*
1569  * This array describes the order lists are fallen back to when
1570  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1571  */
1572 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1573         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1574         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1575         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1576 #ifdef CONFIG_CMA
1577         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1578 #endif
1579 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1580         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1581 #endif
1582 };
1583
1584 #ifdef CONFIG_CMA
1585 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1586                                         unsigned int order)
1587 {
1588         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1589 }
1590 #else
1591 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1592                                         unsigned int order) { return NULL; }
1593 #endif
1594
1595 /*
1596  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1597  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1598  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1599  */
1600 int move_freepages(struct zone *zone,
1601                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1602                           int migratetype)
1603 {
1604         struct page *page;
1605         unsigned int order;
1606         int pages_moved = 0;
1607
1608 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1609         /*
1610          * page_zone is not safe to call in this context when
1611          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1612          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1613          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1614          * grouping pages by mobility
1615          */
1616         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1617 #endif
1618
1619         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1620                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1621                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1622
1623                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1624                         page++;
1625                         continue;
1626                 }
1627
1628                 if (!PageBuddy(page)) {
1629                         page++;
1630                         continue;
1631                 }
1632
1633                 order = page_order(page);
1634                 list_move(&page->lru,
1635                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1636                 page += 1 << order;
1637                 pages_moved += 1 << order;
1638         }
1639
1640         return pages_moved;
1641 }
1642
1643 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1644                                 int migratetype)
1645 {
1646         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1647         struct page *start_page, *end_page;
1648
1649         start_pfn = page_to_pfn(page);
1650         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1651         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1652         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1653         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1654
1655         /* Do not cross zone boundaries */
1656         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1657                 start_page = page;
1658         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1659                 return 0;
1660
1661         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1662 }
1663
1664 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1665                                         int start_order, int migratetype)
1666 {
1667         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1668
1669         while (nr_pageblocks--) {
1670                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1671                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1672         }
1673 }
1674
1675 /*
1676  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1677  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1678  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1679  *
1680  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1681  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1682  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1683  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1684  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1685  * pageblocks.
1686  */
1687 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1688 {
1689         /*
1690          * Leaving this order check is intended, although there is
1691          * relaxed order check in next check. The reason is that
1692          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1693          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1694          * so could be changed anytime.
1695          */
1696         if (order >= pageblock_order)
1697                 return true;
1698
1699         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1700                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1701                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1702                 page_group_by_mobility_disabled)
1703                 return true;
1704
1705         return false;
1706 }
1707
1708 /*
1709  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1710  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1711  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1712  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1713  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1714  */
1715 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1716                                                           int start_type)
1717 {
1718         unsigned int current_order = page_order(page);
1719         int pages;
1720
1721         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1722         if (current_order >= pageblock_order) {
1723                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1724                 return;
1725         }
1726
1727         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1728
1729         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1730         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1731                         page_group_by_mobility_disabled)
1732                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1737  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1738  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1739  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1740  */
1741 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1742                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1743 {
1744         int i;
1745         int fallback_mt;
1746
1747         if (area->nr_free == 0)
1748                 return -1;
1749
1750         *can_steal = false;
1751         for (i = 0;; i++) {
1752                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1753                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1754                         break;
1755
1756                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1757                         continue;
1758
1759                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1760                         *can_steal = true;
1761
1762                 if (!only_stealable)
1763                         return fallback_mt;
1764
1765                 if (*can_steal)
1766                         return fallback_mt;
1767         }
1768
1769         return -1;
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1774  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1775  */
1776 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1777                                 unsigned int alloc_order)
1778 {
1779         int mt;
1780         unsigned long max_managed, flags;
1781
1782         /*
1783          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1784          * Check is race-prone but harmless.
1785          */
1786         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1787         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1788                 return;
1789
1790         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1791
1792         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1793         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1794                 goto out_unlock;
1795
1796         /* Yoink! */
1797         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1798         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1799                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1800                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1801                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1802                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1803         }
1804
1805 out_unlock:
1806         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1807 }
1808
1809 /*
1810  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1811  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1812  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1813  * to recover from than an OOM.
1814  */
1815 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1816 {
1817         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1818         unsigned long flags;
1819         struct zoneref *z;
1820         struct zone *zone;
1821         struct page *page;
1822         int order;
1823
1824         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1825                                                                 ac->nodemask) {
1826                 /* Preserve at least one pageblock */
1827                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1828                         continue;
1829
1830                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1831                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1832                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1833
1834                         page = list_first_entry_or_null(
1835                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1836                                         struct page, lru);
1837                         if (!page)
1838                                 continue;
1839
1840                         /*
1841                          * It should never happen but changes to locking could
1842                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1843                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1844                          * and watch for underflows.
1845                          */
1846                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1847                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1848
1849                         /*
1850                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1851                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1852                          * is doing the work and needs the pages. More
1853                          * importantly, if the block was always converted to
1854                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1855                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1856                          * may increase.
1857                          */
1858                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1859                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1860                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1861                         return;
1862                 }
1863                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1864         }
1865 }
1866
1867 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1868 static inline struct page *
1869 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1870 {
1871         struct free_area *area;
1872         unsigned int current_order;
1873         struct page *page;
1874         int fallback_mt;
1875         bool can_steal;
1876
1877         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1878         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1879                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1880                                 --current_order) {
1881                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1882                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1883                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1884                 if (fallback_mt == -1)
1885                         continue;
1886
1887                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1888                                                 struct page, lru);
1889                 if (can_steal)
1890                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1891
1892                 /* Remove the page from the freelists */
1893                 area->nr_free--;
1894                 list_del(&page->lru);
1895                 rmv_page_order(page);
1896
1897                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1898                                         start_migratetype);
1899                 /*
1900                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1901                  * migratetype depending on the decisions in
1902                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1903                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1904                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1905                  */
1906                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1907
1908                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1909                         start_migratetype, fallback_mt);
1910
1911                 return page;
1912         }
1913
1914         return NULL;
1915 }
1916
1917 /*
1918  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1919  * Call me with the zone->lock already held.
1920  */
1921 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1922                                 int migratetype)
1923 {
1924         struct page *page;
1925
1926         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1927         if (unlikely(!page)) {
1928                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1929                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1930
1931                 if (!page)
1932                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1933         }
1934
1935         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1936         return page;
1937 }
1938
1939 /*
1940  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1941  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1942  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1943  */
1944 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1945                         unsigned long count, struct list_head *list,
1946                         int migratetype, bool cold)
1947 {
1948         int i;
1949
1950         spin_lock(&zone->lock);
1951         for (i = 0; i < count; ++i) {
1952                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1953                 if (unlikely(page == NULL))
1954                         break;
1955
1956                 /*
1957                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1958                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1959                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1960                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1961                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1962                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1963                  * properly.
1964                  */
1965                 if (likely(!cold))
1966                         list_add(&page->lru, list);
1967                 else
1968                         list_add_tail(&page->lru, list);
1969                 list = &page->lru;
1970                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1971                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1972                                               -(1 << order));
1973         }
1974         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1975         spin_unlock(&zone->lock);
1976         return i;
1977 }
1978
1979 #ifdef CONFIG_NUMA
1980 /*
1981  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1982  * currently executing processor on remote nodes after they have
1983  * expired.
1984  *
1985  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1986  * a single processor.
1987  */
1988 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1989 {
1990         unsigned long flags;
1991         int to_drain, batch;
1992
1993         local_irq_save(flags);
1994         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1995         to_drain = min(pcp->count, batch);
1996         if (to_drain > 0) {
1997                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1998                 pcp->count -= to_drain;
1999         }
2000         local_irq_restore(flags);
2001 }
2002 #endif
2003
2004 /*
2005  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2006  *
2007  * The processor must either be the current processor and the
2008  * thread pinned to the current processor or a processor that
2009  * is not online.
2010  */
2011 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2012 {
2013         unsigned long flags;
2014         struct per_cpu_pageset *pset;
2015         struct per_cpu_pages *pcp;
2016
2017         local_irq_save(flags);
2018         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2019
2020         pcp = &pset->pcp;
2021         if (pcp->count) {
2022                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2023                 pcp->count = 0;
2024         }
2025         local_irq_restore(flags);
2026 }
2027
2028 /*
2029  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2030  *
2031  * The processor must either be the current processor and the
2032  * thread pinned to the current processor or a processor that
2033  * is not online.
2034  */
2035 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2036 {
2037         struct zone *zone;
2038
2039         for_each_populated_zone(zone) {
2040                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2041         }
2042 }
2043
2044 /*
2045  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2046  *
2047  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2048  * the single zone's pages.
2049  */
2050 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2051 {
2052         int cpu = smp_processor_id();
2053
2054         if (zone)
2055                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2056         else
2057                 drain_pages(cpu);
2058 }
2059
2060 /*
2061  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2062  *
2063  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2064  *
2065  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2066  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2067  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2068  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2069  * before the call to on_each_cpu_mask().
2070  */
2071 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2072 {
2073         int cpu;
2074
2075         /*
2076          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2077          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2078          */
2079         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2080
2081         /*
2082          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2083          * as offline notification will cause the notified
2084          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2085          * disables preemption as part of its processing
2086          */
2087         for_each_online_cpu(cpu) {
2088                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2089                 struct zone *z;
2090                 bool has_pcps = false;
2091
2092                 if (zone) {
2093                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2094                         if (pcp->pcp.count)
2095                                 has_pcps = true;
2096                 } else {
2097                         for_each_populated_zone(z) {
2098                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2099                                 if (pcp->pcp.count) {
2100                                         has_pcps = true;
2101                                         break;
2102                                 }
2103                         }
2104                 }
2105
2106                 if (has_pcps)
2107                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2108                 else
2109                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2110         }
2111         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2112                                                                 zone, 1);
2113 }
2114
2115 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2116
2117 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2118 {
2119         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2120         unsigned long flags;
2121         unsigned int order, t;
2122         struct page *page;
2123
2124         if (zone_is_empty(zone))
2125                 return;
2126
2127         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2128
2129         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2130         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2131                 if (pfn_valid(pfn)) {
2132                         page = pfn_to_page(pfn);
2133                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2134                                 swsusp_unset_page_free(page);
2135                 }
2136
2137         for_each_migratetype_order(order, t) {
2138                 list_for_each_entry(page,
2139                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2140                         unsigned long i;
2141
2142                         pfn = page_to_pfn(page);
2143                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2144                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2145                 }
2146         }
2147         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2148 }
2149 #endif /* CONFIG_PM */
2150
2151 /*
2152  * Free a 0-order page
2153  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2154  */
2155 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2156 {
2157         struct zone *zone = page_zone(page);
2158         struct per_cpu_pages *pcp;
2159         unsigned long flags;
2160         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2161         int migratetype;
2162
2163         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2164                 return;
2165
2166         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2167         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2168         local_irq_save(flags);
2169         __count_vm_event(PGFREE);
2170
2171         /*
2172          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2173          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2174          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2175          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2176          * excessively into the page allocator
2177          */
2178         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2179                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2180                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2181                         goto out;
2182                 }
2183                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2184         }
2185
2186         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2187         if (!cold)
2188                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2189         else
2190                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2191         pcp->count++;
2192         if (pcp->count >= pcp->high) {
2193                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2194                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2195                 pcp->count -= batch;
2196         }
2197
2198 out:
2199         local_irq_restore(flags);
2200 }
2201
2202 /*
2203  * Free a list of 0-order pages
2204  */
2205 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2206 {
2207         struct page *page, *next;
2208
2209         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2210                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2211                 free_hot_cold_page(page, cold);
2212         }
2213 }
2214
2215 /*
2216  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2217  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2218  * Each sub-page must be freed individually.
2219  *
2220  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2221  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2222  */
2223 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2224 {
2225         int i;
2226         gfp_t gfp_mask;
2227
2228         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2229         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2230
2231 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2232         /*
2233          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2234          * otherwise free the whole shadow.
2235          */
2236         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2237                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2238 #endif
2239
2240         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2241         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2242         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2243                 set_page_refcounted(page + i);
2244                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2245         }
2246 }
2247 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2248
2249 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2250 {
2251         unsigned long watermark;
2252         struct zone *zone;
2253         int mt;
2254
2255         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2256
2257         zone = page_zone(page);
2258         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2259
2260         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2261                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2262                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2263                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2264                         return 0;
2265
2266                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2267         }
2268
2269         /* Remove page from free list */
2270         list_del(&page->lru);
2271         zone->free_area[order].nr_free--;
2272         rmv_page_order(page);
2273
2274         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2275
2276         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2277         if (order >= pageblock_order - 1) {
2278                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2279                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2280                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2281                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2282                                 set_pageblock_migratetype(page,
2283                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2284                 }
2285         }
2286
2287
2288         return 1UL << order;
2289 }
2290
2291 /*
2292  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2293  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2294  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2295  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2296  * are enabled.
2297  *
2298  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2299  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2300  */
2301 int split_free_page(struct page *page)
2302 {
2303         unsigned int order;
2304         int nr_pages;
2305
2306         order = page_order(page);
2307
2308         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2309         if (!nr_pages)
2310                 return 0;
2311
2312         /* Split into individual pages */
2313         set_page_refcounted(page);
2314         split_page(page, order);
2315         return nr_pages;
2316 }
2317
2318 /*
2319  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2320  */
2321 static inline
2322 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2323                         struct zone *zone, unsigned int order,
2324                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2325 {
2326         unsigned long flags;
2327         struct page *page;
2328         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2329
2330         if (likely(order == 0)) {
2331                 struct per_cpu_pages *pcp;
2332                 struct list_head *list;
2333
2334                 local_irq_save(flags);
2335                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2336                 list = &pcp->lists[migratetype];
2337                 if (list_empty(list)) {
2338                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2339                                         pcp->batch, list,
2340                                         migratetype, cold);
2341                         if (unlikely(list_empty(list)))
2342                                 goto failed;
2343                 }
2344
2345                 if (cold)
2346                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2347                 else
2348                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2349
2350                 list_del(&page->lru);
2351                 pcp->count--;
2352         } else {
2353                 /*
2354                  * We most definitely don't want callers attempting to
2355                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2356                  */
2357                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2358                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2359
2360                 page = NULL;
2361                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2362                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2363                         if (page)
2364                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2365                 }
2366                 if (!page)
2367                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2368                 spin_unlock(&zone->lock);
2369                 if (!page)
2370                         goto failed;
2371                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2372                                           get_pcppage_migratetype(page));
2373         }
2374
2375         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2376         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2377             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2378                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2379
2380         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2381         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2382         local_irq_restore(flags);
2383
2384         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2385         return page;
2386
2387 failed:
2388         local_irq_restore(flags);
2389         return NULL;
2390 }
2391
2392 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2393
2394 static struct {
2395         struct fault_attr attr;
2396
2397         bool ignore_gfp_highmem;
2398         bool ignore_gfp_reclaim;
2399         u32 min_order;
2400 } fail_page_alloc = {
2401         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2402         .ignore_gfp_reclaim = true,
2403         .ignore_gfp_highmem = true,
2404         .min_order = 1,
2405 };
2406
2407 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2408 {
2409         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2410 }
2411 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2412
2413 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2414 {
2415         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2416                 return false;
2417         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2418                 return false;
2419         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2420                 return false;
2421         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2422                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2423                 return false;
2424
2425         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2426 }
2427
2428 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2429
2430 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2431 {
2432         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2433         struct dentry *dir;
2434
2435         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2436                                         &fail_page_alloc.attr);
2437         if (IS_ERR(dir))
2438                 return PTR_ERR(dir);
2439
2440         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2441                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2442                 goto fail;
2443         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2444                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2445                 goto fail;
2446         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2447                                 &fail_page_alloc.min_order))
2448                 goto fail;
2449
2450         return 0;
2451 fail:
2452         debugfs_remove_recursive(dir);
2453
2454         return -ENOMEM;
2455 }
2456
2457 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2458
2459 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2460
2461 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2462
2463 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2464 {
2465         return false;
2466 }
2467
2468 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2469
2470 /*
2471  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2472  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2473  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2474  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2475  */
2476 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2477                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2478                         long free_pages)
2479 {
2480         long min = mark;
2481         int o;
2482         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2483
2484         /* free_pages may go negative - that's OK */
2485         free_pages -= (1 << order) - 1;
2486
2487         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2488                 min -= min / 2;
2489
2490         /*
2491          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2492          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2493          * atomic reserve but it avoids a search.
2494          */
2495         if (likely(!alloc_harder))
2496                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2497         else
2498                 min -= min / 4;
2499
2500 #ifdef CONFIG_CMA
2501         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2502         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2503                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2504 #endif
2505
2506         /*
2507          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2508          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2509          * even if a suitable page happened to be free.
2510          */
2511         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2512                 return false;
2513
2514         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2515         if (!order)
2516                 return true;
2517
2518         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2519         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2520                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2521                 int mt;
2522
2523                 if (!area->nr_free)
2524                         continue;
2525
2526                 if (alloc_harder)
2527                         return true;
2528
2529                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2530                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2531                                 return true;
2532                 }
2533
2534 #ifdef CONFIG_CMA
2535                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2536                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2537                         return true;
2538                 }
2539 #endif
2540         }
2541         return false;
2542 }
2543
2544 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2545                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2546 {
2547         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2548                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2549 }
2550
2551 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2552                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2553 {
2554         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2555
2556         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2557                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2558
2559         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2560                                                                 free_pages);
2561 }
2562
2563 #ifdef CONFIG_NUMA
2564 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2565 {
2566         return local_zone->node == zone->node;
2567 }
2568
2569 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2570 {
2571         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2572                                 RECLAIM_DISTANCE;
2573 }
2574 #else   /* CONFIG_NUMA */
2575 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2576 {
2577         return true;
2578 }
2579
2580 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2581 {
2582         return true;
2583 }
2584 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2585
2586 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2587 {
2588         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2589
2590         do {
2591                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2592                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2593                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2594                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2595         } while (zone++ != preferred_zone);
2596 }
2597
2598 /*
2599  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2600  * a page.
2601  */
2602 static struct page *
2603 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2604                                                 const struct alloc_context *ac)
2605 {
2606         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2607         struct zoneref *z;
2608         struct page *page = NULL;
2609         struct zone *zone;
2610         int nr_fair_skipped = 0;
2611         bool zonelist_rescan;
2612
2613 zonelist_scan:
2614         zonelist_rescan = false;
2615
2616         /*
2617          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2618          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2619          */
2620         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2621                                                                 ac->nodemask) {
2622                 unsigned long mark;
2623
2624                 if (cpusets_enabled() &&
2625                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2626                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2627                                 continue;
2628                 /*
2629                  * Distribute pages in proportion to the individual
2630                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2631                  * page was allocated in should have no effect on the
2632                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2633                  */
2634                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2635                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2636                                 break;
2637                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2638                                 nr_fair_skipped++;
2639                                 continue;
2640                         }
2641                 }
2642                 /*
2643                  * When allocating a page cache page for writing, we
2644                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2645                  * limit, such that no single zone holds more than its
2646                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2647                  * The dirty limits take into account the zone's
2648                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2649                  * should be able to balance it without having to
2650                  * write pages from its LRU list.
2651                  *
2652                  * This may look like it could increase pressure on
2653                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2654                  * before they are full.  But the pages that do spill
2655                  * over are limited as the lower zones are protected
2656                  * by this very same mechanism.  It should not become
2657                  * a practical burden to them.
2658                  *
2659                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2660                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2661                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2662                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2663                  * zones are together not big enough to reach the
2664                  * global limit.  The proper fix for these situations
2665                  * will require awareness of zones in the
2666                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2667                  */
2668                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2669                         continue;
2670
2671                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2672                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2673                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2674                         int ret;
2675
2676                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2677                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2678                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2679                                 goto try_this_zone;
2680
2681                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2682                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2683                                 continue;
2684
2685                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2686                         switch (ret) {
2687                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2688                                 /* did not scan */
2689                                 continue;
2690                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2691                                 /* scanned but unreclaimable */
2692                                 continue;
2693                         default:
2694                                 /* did we reclaim enough */
2695                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2696                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2697                                         goto try_this_zone;
2698
2699                                 continue;
2700                         }
2701                 }
2702
2703 try_this_zone:
2704                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2705                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2706                 if (page) {
2707                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2708                                 goto try_this_zone;
2709
2710                         /*
2711                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2712                          * if the pageblock should be reserved for the future
2713                          */
2714                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2715                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2716
2717                         return page;
2718                 }
2719         }
2720
2721         /*
2722          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2723          * local node.  However, the local node might have free pages left
2724          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2725          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2726          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2727          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2728          */
2729         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2730                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2731                 if (nr_fair_skipped) {
2732                         zonelist_rescan = true;
2733                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2734                 }
2735                 if (nr_online_nodes > 1)
2736                         zonelist_rescan = true;
2737         }
2738
2739         if (zonelist_rescan)
2740                 goto zonelist_scan;
2741
2742         return NULL;
2743 }
2744
2745 /*
2746  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2747  * meminfo in irq context.
2748  */
2749 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2750 {
2751         bool ret = false;
2752
2753 #if NODES_SHIFT > 8
2754         ret = in_interrupt();
2755 #endif
2756         return ret;
2757 }
2758
2759 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2760                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2761                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2762
2763 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2764 {
2765         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2766
2767         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2768             debug_guardpage_minorder() > 0)
2769                 return;
2770
2771         /*
2772          * This documents exceptions given to allocations in certain
2773          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2774          * of allowed nodes.
2775          */
2776         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2777                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2778                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2779                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2780         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2781                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2782
2783         if (fmt) {
2784                 struct va_format vaf;
2785                 va_list args;
2786
2787                 va_start(args, fmt);
2788
2789                 vaf.fmt = fmt;
2790                 vaf.va = &args;
2791
2792                 pr_warn("%pV", &vaf);
2793
2794                 va_end(args);
2795         }
2796
2797         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2798                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2799         dump_stack();
2800         if (!should_suppress_show_mem())
2801                 show_mem(filter);
2802 }
2803
2804 static inline struct page *
2805 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2806         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2807 {
2808         struct oom_control oc = {
2809                 .zonelist = ac->zonelist,
2810                 .nodemask = ac->nodemask,
2811                 .gfp_mask = gfp_mask,
2812                 .order = order,
2813         };
2814         struct page *page;
2815
2816         *did_some_progress = 0;
2817
2818         /*
2819          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2820          * making progress for us.
2821          */
2822         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2823                 *did_some_progress = 1;
2824                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2825                 return NULL;
2826         }
2827
2828         /*
2829          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2830          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2831          * we're still under heavy pressure.
2832          */
2833         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2834                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2835         if (page)
2836                 goto out;
2837
2838         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2839                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2840                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2841                         goto out;
2842                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2843                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2844                         goto out;
2845                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2846                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2847                         goto out;
2848                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2849                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2850                         /*
2851                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2852                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2853                          * keep looping as per tradition.
2854                          */
2855                         *did_some_progress = 1;
2856                         goto out;
2857                 }
2858                 if (pm_suspended_storage())
2859                         goto out;
2860                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2861                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2862                         goto out;
2863         }
2864         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2865         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2866                 *did_some_progress = 1;
2867
2868                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2869                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2870                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2871                         /*
2872                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2873                          * are depleted
2874                          */
2875                         if (!page)
2876                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2877                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2878                 }
2879         }
2880 out:
2881         mutex_unlock(&oom_lock);
2882         return page;
2883 }
2884
2885 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2886 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2887 static struct page *
2888 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2889                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2890                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2891                 bool *deferred_compaction)
2892 {
2893         unsigned long compact_result;
2894         struct page *page;
2895
2896         if (!order)
2897                 return NULL;
2898
2899         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2900         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2901                                                 mode, contended_compaction);
2902         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2903
2904         switch (compact_result) {
2905         case COMPACT_DEFERRED:
2906                 *deferred_compaction = true;
2907                 /* fall-through */
2908         case COMPACT_SKIPPED:
2909                 return NULL;
2910         default:
2911                 break;
2912         }
2913
2914         /*
2915          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2916          * count a compaction stall
2917          */
2918         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2919
2920         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2921                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2922
2923         if (page) {
2924                 struct zone *zone = page_zone(page);
2925
2926                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2927                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2928                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2929                 return page;
2930         }
2931
2932         /*
2933          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2934          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2935          */
2936         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2937
2938         cond_resched();
2939
2940         return NULL;
2941 }
2942 #else
2943 static inline struct page *
2944 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2945                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2946                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2947                 bool *deferred_compaction)
2948 {
2949         return NULL;
2950 }
2951 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2952
2953 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2954 static int
2955 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2956                                         const struct alloc_context *ac)
2957 {
2958         struct reclaim_state reclaim_state;
2959         int progress;
2960
2961         cond_resched();
2962
2963         /* We now go into synchronous reclaim */
2964         cpuset_memory_pressure_bump();
2965         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2966         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2967         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2968         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2969
2970         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2971                                                                 ac->nodemask);
2972
2973         current->reclaim_state = NULL;
2974         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2975         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2976
2977         cond_resched();
2978
2979         return progress;
2980 }
2981
2982 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2983 static inline struct page *
2984 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2985                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2986                 unsigned long *did_some_progress)
2987 {
2988         struct page *page = NULL;
2989         bool drained = false;
2990
2991         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2992         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2993                 return NULL;
2994
2995 retry:
2996         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2997                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2998
2999         /*
3000          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3001          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3002          * Shrink them them and try again
3003          */
3004         if (!page && !drained) {
3005                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3006                 drain_all_pages(NULL);
3007                 drained = true;
3008                 goto retry;
3009         }
3010
3011         return page;
3012 }
3013
3014 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3015 {
3016         struct zoneref *z;
3017         struct zone *zone;
3018
3019         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3020                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3021                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
3022 }
3023
3024 static inline int
3025 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3026 {
3027         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3028
3029         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3030         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3031
3032         /*
3033          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3034          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3035          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3036          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3037          */
3038         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3039
3040         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3041                 /*
3042                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3043                  * if it can't schedule.
3044                  */
3045                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3046                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3047                 /*
3048                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3049                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3050                  */
3051                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3052         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3053                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3054
3055         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3056                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3057                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3058                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3059                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3060                 else if (!in_interrupt() &&
3061                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3062                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3063                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3064         }
3065 #ifdef CONFIG_CMA
3066         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3067                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3068 #endif
3069         return alloc_flags;
3070 }
3071
3072 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3073 {
3074         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3075 }
3076
3077 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3078 {
3079         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3080 }
3081
3082 static inline struct page *
3083 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3084                                                 struct alloc_context *ac)
3085 {
3086         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3087         struct page *page = NULL;
3088         int alloc_flags;
3089         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3090         unsigned long did_some_progress;
3091         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3092         bool deferred_compaction = false;
3093         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3094
3095         /*
3096          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3097          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3098          * be using allocators in order of preference for an area that is
3099          * too large.
3100          */
3101         if (order >= MAX_ORDER) {
3102                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3103                 return NULL;
3104         }
3105
3106         /*
3107          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3108          * callers that are not in atomic context.
3109          */
3110         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3111                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3112                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3113
3114 retry:
3115         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3116                 wake_all_kswapds(order, ac);
3117
3118         /*
3119          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3120          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3121          * to how we want to proceed.
3122          */
3123         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3124
3125         /*
3126          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3127          * cpusets.
3128          */
3129         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3130                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3131                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3132                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3133                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3134         }
3135
3136         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3137         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3138                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3139         if (page)
3140                 goto got_pg;
3141
3142         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3143         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3144                 /*
3145                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3146                  * the allocation is high priority and these type of
3147                  * allocations are system rather than user orientated
3148                  */
3149                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3150                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3151                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3152                 if (page)
3153                         goto got_pg;
3154         }
3155
3156         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3157         if (!can_direct_reclaim) {
3158                 /*
3159                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3160                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3161                  * to fail.
3162                  */
3163                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3164                 goto nopage;
3165         }
3166
3167         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3168         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3169                 /*
3170                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3171                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3172                  * for somebody to do a work for us.
3173                  */
3174                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3175                         cond_resched();
3176                         goto retry;
3177                 }
3178                 goto nopage;
3179         }
3180
3181         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3182         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3183                 goto nopage;
3184
3185         /*
3186          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3187          * attempts after direct reclaim are synchronous
3188          */
3189         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3190                                         migration_mode,
3191                                         &contended_compaction,
3192                                         &deferred_compaction);
3193         if (page)
3194                 goto got_pg;
3195
3196         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3197         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3198                 /*
3199                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3200                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3201                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3202                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3203                  * instead of entering direct reclaim.
3204                  */
3205                 if (deferred_compaction)
3206                         goto nopage;
3207
3208                 /*
3209                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3210                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3211                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3212                  * so we fallback to base pages instead.
3213                  */
3214                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3215                         goto nopage;
3216
3217                 /*
3218                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3219                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3220                  * khugepaged trying to collapse.
3221                  */
3222                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3223                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3224                         goto nopage;
3225         }
3226
3227         /*
3228          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3229          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3230          * khugepaged trying to collapse.
3231          */
3232         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3233                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3234
3235         /* Try direct reclaim and then allocating */
3236         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3237                                                         &did_some_progress);
3238         if (page)
3239                 goto got_pg;
3240
3241         /* Do not loop if specifically requested */
3242         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3243                 goto noretry;
3244
3245         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3246         pages_reclaimed += did_some_progress;
3247         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3248             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3249                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3250                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3251                 goto retry;
3252         }
3253
3254         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3255         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3256         if (page)
3257                 goto got_pg;
3258
3259         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3260         if (did_some_progress)
3261                 goto retry;
3262
3263 noretry:
3264         /*
3265          * High-order allocations do not necessarily loop after
3266          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3267          * being called after reclaim so call directly if necessary
3268          */
3269         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3270                                             ac, migration_mode,
3271                                             &contended_compaction,
3272                                             &deferred_compaction);
3273         if (page)
3274                 goto got_pg;
3275 nopage:
3276         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3277 got_pg:
3278         return page;
3279 }
3280
3281 /*
3282  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3283  */
3284 struct page *
3285 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3286                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3287 {
3288         struct zoneref *preferred_zoneref;
3289         struct page *page = NULL;
3290         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3291         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3292         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3293         struct alloc_context ac = {
3294                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3295                 .nodemask = nodemask,
3296                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3297         };
3298
3299         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3300
3301         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3302
3303         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3304
3305         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3306                 return NULL;
3307
3308         /*
3309          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3310          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3311          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3312          */
3313         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3314                 return NULL;
3315
3316         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3317                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3318
3319 retry_cpuset:
3320         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3321
3322         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3323         ac.zonelist = zonelist;
3324
3325         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3326         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3327
3328         /* The preferred zone is used for statistics later */
3329         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3330                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3331                                 &ac.preferred_zone);
3332         if (!ac.preferred_zone)
3333                 goto out;
3334         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3335
3336         /* First allocation attempt */
3337         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3338         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3339         if (unlikely(!page)) {
3340                 /*
3341                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3342                  * can deadlock because I/O on the device might not
3343                  * complete.
3344                  */
3345                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3346                 ac.spread_dirty_pages = false;
3347
3348                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3349         }
3350
3351         if (kmemcheck_enabled && page)
3352                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3353
3354         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3355
3356 out:
3357         /*
3358          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3359          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3360          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3361          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3362          */
3363         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3364                 goto retry_cpuset;
3365
3366         return page;
3367 }
3368 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3369
3370 /*
3371  * Common helper functions.
3372  */
3373 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3374 {
3375         struct page *page;
3376
3377         /*
3378          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3379          * a highmem page
3380          */
3381         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3382
3383         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3384         if (!page)
3385                 return 0;
3386         return (unsigned long) page_address(page);
3387 }
3388 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3389
3390 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3391 {
3392         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3393 }
3394 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3395
3396 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3397 {
3398         if (put_page_testzero(page)) {
3399                 if (order == 0)
3400                         free_hot_cold_page(page, false);
3401                 else
3402                         __free_pages_ok(page, order);
3403         }
3404 }
3405
3406 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3407
3408 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3409 {
3410         if (addr != 0) {
3411                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3412                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3413         }
3414 }
3415
3416 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3417
3418 /*
3419  * Page Fragment:
3420  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3421  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3422  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3423  *
3424  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3425  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3426  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3427  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3428  */
3429 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3430                                        gfp_t gfp_mask)
3431 {
3432         struct page *page = NULL;
3433         gfp_t gfp = gfp_mask;
3434
3435 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3436         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3437                     __GFP_NOMEMALLOC;
3438         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3439                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3440         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3441 #endif
3442         if (unlikely(!page))
3443                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3444
3445         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3446
3447         return page;
3448 }
3449
3450 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3451                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3452 {
3453         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3454         struct page *page;
3455         int offset;
3456
3457         if (unlikely(!nc->va)) {
3458 refill:
3459                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3460                 if (!page)
3461                         return NULL;
3462
3463 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3464                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3465                 size = nc->size;
3466 #endif
3467                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3468                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3469                  */
3470                 page_ref_add(page, size - 1);
3471
3472                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3473                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3474                 nc->pagecnt_bias = size;
3475                 nc->offset = size;
3476         }
3477
3478         offset = nc->offset - fragsz;
3479         if (unlikely(offset < 0)) {
3480                 page = virt_to_page(nc->va);
3481
3482                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3483                         goto refill;
3484
3485 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3486                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3487                 size = nc->size;
3488 #endif
3489                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3490                 set_page_count(page, size);
3491
3492                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3493                 nc->pagecnt_bias = size;
3494                 offset = size - fragsz;
3495         }
3496
3497         nc->pagecnt_bias--;
3498         nc->offset = offset;
3499
3500         return nc->va + offset;
3501 }
3502 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3503
3504 /*
3505  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3506  */
3507 void __free_page_frag(void *addr)
3508 {
3509         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3510
3511         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3512                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3513 }
3514 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3515
3516 /*
3517  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3518  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3519  * equivalent to alloc_pages.
3520  *
3521  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3522  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3523  */
3524 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3525 {
3526         struct page *page;
3527
3528         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3529         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3530                 __free_pages(page, order);
3531                 page = NULL;
3532         }
3533         return page;
3534 }
3535
3536 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3537 {
3538         struct page *page;
3539
3540         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3541         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3542                 __free_pages(page, order);
3543                 page = NULL;
3544         }
3545         return page;
3546 }
3547
3548 /*
3549  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3550  * alloc_kmem_pages.
3551  */
3552 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3553 {
3554         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3555         __free_pages(page, order);
3556 }
3557
3558 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3559 {
3560         if (addr != 0) {
3561                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3562                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3563         }
3564 }
3565
3566 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3567                 size_t size)
3568 {
3569         if (addr) {
3570                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3571                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3572
3573                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3574                 while (used < alloc_end) {
3575                         free_page(used);
3576                         used += PAGE_SIZE;
3577                 }
3578         }
3579         return (void *)addr;
3580 }
3581
3582 /**
3583  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3584  * @size: the number of bytes to allocate
3585  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3586  *
3587  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3588  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3589  * allocate memory in power-of-two pages.
3590  *
3591  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3592  *
3593  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3594  */
3595 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3596 {
3597         unsigned int order = get_order(size);
3598         unsigned long addr;
3599
3600         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3601         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3602 }
3603 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3604
3605 /**
3606  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3607  *                         pages on a node.
3608  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3609  * @size: the number of bytes to allocate
3610  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3611  *
3612  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3613  * back.
3614  */
3615 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3616 {
3617         unsigned int order = get_order(size);
3618         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3619         if (!p)
3620                 return NULL;
3621         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3622 }
3623
3624 /**
3625  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3626  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3627  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3628  *
3629  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3630  */
3631 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3632 {
3633         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3634         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3635
3636         while (addr < end) {
3637                 free_page(addr);
3638                 addr += PAGE_SIZE;
3639         }
3640 }
3641 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3642
3643 /**
3644  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3645  * @offset: The zone index of the highest zone
3646  *
3647  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3648  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3649  * zone, the number of pages is calculated as:
3650  *     managed_pages - high_pages
3651  */
3652 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3653 {
3654         struct zoneref *z;
3655         struct zone *zone;
3656
3657         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3658         unsigned long sum = 0;
3659
3660         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3661
3662         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3663                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3664                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3665                 if (size > high)
3666                         sum += size - high;
3667         }
3668
3669         return sum;
3670 }
3671
3672 /**
3673  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3674  *
3675  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3676  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3677  */
3678 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3679 {
3680         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3681 }
3682 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3683
3684 /**
3685  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3686  *
3687  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3688  * high watermark within all zones.
3689  */
3690 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3691 {
3692         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3693 }
3694
3695 static inline void show_node(struct zone *zone)
3696 {
3697         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3698                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3699 }
3700
3701 long si_mem_available(void)
3702 {
3703         long available;
3704         unsigned long pagecache;
3705         unsigned long wmark_low = 0;
3706         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3707         struct zone *zone;
3708         int lru;
3709
3710         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3711                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3712
3713         for_each_zone(zone)
3714                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3715
3716         /*
3717          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3718          * without causing swapping.
3719          */
3720         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3721
3722         /*
3723          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3724          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3725          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3726          */
3727         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3728         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3729         available += pagecache;
3730
3731         /*
3732          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3733          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3734          */
3735         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3736                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3737
3738         if (available < 0)
3739                 available = 0;
3740         return available;
3741 }
3742 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3743
3744 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3745 {
3746         val->totalram = totalram_pages;
3747         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3748         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3749         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3750         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3751         val->freehigh = nr_free_highpages();
3752         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3753 }
3754
3755 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3756
3757 #ifdef CONFIG_NUMA
3758 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3759 {
3760         int zone_type;          /* needs to be signed */
3761         unsigned long managed_pages = 0;
3762         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3763
3764         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3765                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3766         val->totalram = managed_pages;
3767         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3768         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3769 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3770         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3771         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3772                         NR_FREE_PAGES);
3773 #else
3774         val->totalhigh = 0;
3775         val->freehigh = 0;
3776 #endif
3777         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3778 }
3779 #endif
3780
3781 /*
3782  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3783  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3784  */
3785 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3786 {
3787         bool ret = false;
3788         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3789
3790         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3791                 goto out;
3792
3793         do {
3794                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3795                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3796         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3797 out:
3798         return ret;
3799 }
3800
3801 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3802
3803 static void show_migration_types(unsigned char type)
3804 {
3805         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3806                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3807                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3808                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3809                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3810 #ifdef CONFIG_CMA
3811                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3812 #endif
3813 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3814                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3815 #endif
3816         };
3817         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3818         char *p = tmp;
3819         int i;
3820
3821         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3822                 if (type & (1 << i))
3823                         *p++ = types[i];
3824         }
3825
3826         *p = '\0';
3827         printk("(%s) ", tmp);
3828 }
3829
3830 /*
3831  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3832  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3833  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3834  *
3835  * Bits in @filter:
3836  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3837  *   cpuset.
3838  */
3839 void show_free_areas(unsigned int filter)
3840 {
3841         unsigned long free_pcp = 0;
3842         int cpu;
3843         struct zone *zone;
3844
3845         for_each_populated_zone(zone) {
3846                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3847                         continue;
3848
3849                 for_each_online_cpu(cpu)
3850                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3851         }
3852
3853         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3854                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3855                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3856                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3857                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3858                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3859                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3860                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3861                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3862                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3863                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3864                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3865                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3866                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3867                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3868                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3869                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3870                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3871                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3872                 global_page_state(NR_SHMEM),
3873                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3874                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3875                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3876                 free_pcp,
3877                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3878
3879         for_each_populated_zone(zone) {
3880                 int i;
3881
3882                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3883                         continue;
3884
3885                 free_pcp = 0;
3886                 for_each_online_cpu(cpu)
3887                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3888
3889                 show_node(zone);
3890                 printk("%s"
3891                         " free:%lukB"
3892                         " min:%lukB"
3893                         " low:%lukB"
3894                         " high:%lukB"
3895                         " active_anon:%lukB"
3896                         " inactive_anon:%lukB"
3897                         " active_file:%lukB"
3898                         " inactive_file:%lukB"
3899                         " unevictable:%lukB"
3900                         " isolated(anon):%lukB"
3901                         " isolated(file):%lukB"
3902                         " present:%lukB"
3903                         " managed:%lukB"
3904                         " mlocked:%lukB"
3905                         " dirty:%lukB"
3906                         " writeback:%lukB"
3907                         " mapped:%lukB"
3908                         " shmem:%lukB"
3909                         " slab_reclaimable:%lukB"
3910                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3911                         " kernel_stack:%lukB"
3912                         " pagetables:%lukB"
3913                         " unstable:%lukB"
3914                         " bounce:%lukB"
3915                         " free_pcp:%lukB"
3916                         " local_pcp:%ukB"
3917                         " free_cma:%lukB"
3918                         " writeback_tmp:%lukB"
3919                         " pages_scanned:%lu"
3920                         " all_unreclaimable? %s"
3921                         "\n",
3922                         zone->name,
3923                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3924                         K(min_wmark_pages(zone)),
3925                         K(low_wmark_pages(zone)),
3926                         K(high_wmark_pages(zone)),
3927                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3928                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3929                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3930                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3931                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3932                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3933                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3934                         K(zone->present_pages),
3935                         K(zone->managed_pages),
3936                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3937                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3938                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3939                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3940                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3941                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3942                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3943                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3944                                 THREAD_SIZE / 1024,
3945                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3946                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3947                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3948                         K(free_pcp),
3949                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3950                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3951                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3952                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3953                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3954                         );
3955                 printk("lowmem_reserve[]:");
3956                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3957                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3958                 printk("\n");
3959         }
3960
3961         for_each_populated_zone(zone) {
3962                 unsigned int order;
3963                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3964                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3965
3966                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3967                         continue;
3968                 show_node(zone);
3969                 printk("%s: ", zone->name);
3970
3971                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3972                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3973                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3974                         int type;
3975
3976                         nr[order] = area->nr_free;
3977                         total += nr[order] << order;
3978
3979                         types[order] = 0;
3980                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3981                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3982                                         types[order] |= 1 << type;
3983                         }
3984                 }
3985                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3986                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3987                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3988                         if (nr[order])
3989                                 show_migration_types(types[order]);
3990                 }
3991                 printk("= %lukB\n", K(total));
3992         }
3993
3994         hugetlb_show_meminfo();
3995
3996         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3997
3998         show_swap_cache_info();
3999 }
4000
4001 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4002 {
4003         zoneref->zone = zone;
4004         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4005 }
4006
4007 /*
4008  * Builds allocation fallback zone lists.
4009  *
4010  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4011  */
4012 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4013                                 int nr_zones)
4014 {
4015         struct zone *zone;
4016         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4017
4018         do {
4019                 zone_type--;
4020                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4021                 if (populated_zone(zone)) {
4022                         zoneref_set_zone(zone,
4023                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4024                         check_highest_zone(zone_type);
4025                 }
4026         } while (zone_type);
4027
4028         return nr_zones;
4029 }
4030
4031
4032 /*
4033  *  zonelist_order:
4034  *  0 = automatic detection of better ordering.
4035  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4036  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4037  *
4038  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4039  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4040  */
4041 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4042 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4043 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4044
4045 /* zonelist order in the kernel.
4046  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4047  */
4048 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4049 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4050
4051
4052 #ifdef CONFIG_NUMA
4053 /* The value user specified ....changed by config */
4054 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4055 /* string for sysctl */
4056 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4057 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4058
4059 /*
4060  * interface for configure zonelist ordering.
4061  * command line option "numa_zonelist_order"
4062  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4063  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4064  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4065  */
4066
4067 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4068 {
4069         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4070                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4071         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4072                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4073         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4074                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4075         } else {
4076                 printk(KERN_WARNING
4077                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
4078                         "%s\n", s);
4079                 return -EINVAL;
4080         }
4081         return 0;
4082 }
4083
4084 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4085 {
4086         int ret;
4087
4088         if (!s)
4089                 return 0;
4090
4091         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4092         if (ret == 0)
4093                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4094
4095         return ret;
4096 }
4097 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4098
4099 /*
4100  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4101  */
4102 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4103                 void __user *buffer, size_t *length,
4104                 loff_t *ppos)
4105 {
4106         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4107         int ret;
4108         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4109
4110         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4111         if (write) {
4112                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4113                         ret = -EINVAL;
4114                         goto out;
4115                 }
4116                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4117         }
4118         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4119         if (ret)
4120                 goto out;
4121         if (write) {
4122                 int oldval = user_zonelist_order;
4123
4124                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4125                 if (ret) {
4126                         /*
4127                          * bogus value.  restore saved string
4128                          */
4129                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4130                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4131                         user_zonelist_order = oldval;
4132                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4133                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4134                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4135                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4136                 }
4137         }
4138 out:
4139         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4140         return ret;
4141 }
4142
4143
4144 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4145 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4146
4147 /**
4148  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4149  * @node: node whose fallback list we're appending
4150  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4151  *
4152  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4153  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4154  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4155  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4156  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4157  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4158  * on them otherwise.
4159  * It returns -1 if no node is found.
4160  */
4161 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4162 {
4163         int n, val;
4164         int min_val = INT_MAX;
4165         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4166         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4167
4168         /* Use the local node if we haven't already */
4169         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4170                 node_set(node, *used_node_mask);
4171                 return node;
4172         }
4173
4174         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4175
4176                 /* Don't want a node to appear more than once */
4177                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4178                         continue;
4179
4180                 /* Use the distance array to find the distance */
4181                 val = node_distance(node, n);
4182
4183                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4184                 val += (n < node);
4185
4186                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4187                 tmp = cpumask_of_node(n);
4188                 if (!cpumask_empty(tmp))
4189                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4190
4191                 /* Slight preference for less loaded node */
4192                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4193                 val += node_load[n];
4194
4195                 if (val < min_val) {
4196                         min_val = val;
4197                         best_node = n;
4198                 }
4199         }
4200
4201         if (best_node >= 0)
4202                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4203
4204         return best_node;
4205 }
4206
4207
4208 /*
4209  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4210  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4211  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4212  */
4213 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4214 {
4215         int j;
4216         struct zonelist *zonelist;
4217
4218         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4219         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4220                 ;
4221         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4222         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4223         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4224 }
4225
4226 /*
4227  * Build gfp_thisnode zonelists
4228  */
4229 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4230 {
4231         int j;
4232         struct zonelist *zonelist;
4233
4234         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4235         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4236         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4237         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4238 }
4239
4240 /*
4241  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4242  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4243  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4244  * may still exist in local DMA zone.
4245  */
4246 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4247
4248 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4249 {
4250         int pos, j, node;
4251         int zone_type;          /* needs to be signed */
4252         struct zone *z;
4253         struct zonelist *zonelist;
4254
4255         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4256         pos = 0;
4257         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4258                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4259                         node = node_order[j];
4260                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4261                         if (populated_zone(z)) {
4262                                 zoneref_set_zone(z,
4263                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4264                                 check_highest_zone(zone_type);
4265                         }
4266                 }
4267         }
4268         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4269         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4270 }
4271
4272 #if defined(CONFIG_64BIT)
4273 /*
4274  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4275  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4276  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4277  */
4278 static int default_zonelist_order(void)
4279 {
4280         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4281 }
4282 #else
4283 /*
4284  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4285  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4286  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4287  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4288  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4289  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4290  */
4291 static int default_zonelist_order(void)
4292 {
4293         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4294 }
4295 #endif /* CONFIG_64BIT */
4296
4297 static void set_zonelist_order(void)
4298 {
4299         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4300                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4301         else
4302                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4303 }
4304
4305 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4306 {
4307         int i, node, load;
4308         nodemask_t used_mask;
4309         int local_node, prev_node;
4310         struct zonelist *zonelist;
4311         unsigned int order = current_zonelist_order;
4312
4313         /* initialize zonelists */
4314         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4315                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4316                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4317                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4318         }
4319
4320         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4321         local_node = pgdat->node_id;
4322         load = nr_online_nodes;
4323         prev_node = local_node;
4324         nodes_clear(used_mask);
4325
4326         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4327         i = 0;
4328
4329         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4330                 /*
4331                  * We don't want to pressure a particular node.
4332                  * So adding penalty to the first node in same
4333                  * distance group to make it round-robin.
4334                  */
4335                 if (node_distance(local_node, node) !=
4336                     node_distance(local_node, prev_node))
4337                         node_load[node] = load;
4338
4339                 prev_node = node;
4340                 load--;
4341                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4342                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4343                 else
4344                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4345         }
4346
4347         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4348                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4349                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4350         }
4351
4352         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4353 }
4354
4355 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4356 /*
4357  * Return node id of node used for "local" allocations.
4358  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4359  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4360  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4361  */
4362 int local_memory_node(int node)
4363 {
4364         struct zone *zone;
4365
4366         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4367                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4368                                    NULL,
4369                                    &zone);
4370         return zone->node;
4371 }
4372 #endif
4373
4374 #else   /* CONFIG_NUMA */
4375
4376 static void set_zonelist_order(void)
4377 {
4378         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4379 }
4380
4381 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4382 {
4383         int node, local_node;
4384         enum zone_type j;
4385         struct zonelist *zonelist;
4386
4387         local_node = pgdat->node_id;
4388
4389         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4390         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4391
4392         /*
4393          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4394          * of all the other nodes.
4395          * We don't want to pressure a particular node, so when
4396          * building the zones for node N, we make sure that the
4397          * zones coming right after the local ones are those from
4398          * node N+1 (modulo N)
4399          */
4400         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4401                 if (!node_online(node))
4402                         continue;
4403                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4404         }
4405         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4406                 if (!node_online(node))
4407                         continue;
4408                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4409         }
4410
4411         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4412         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4413 }
4414
4415 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4416
4417 /*
4418  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4419  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4420  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4421  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4422  * with interrupts disabled.
4423  *
4424  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4425  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4426  * hotplugged processors.
4427  *
4428  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4429  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4430  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4431  */
4432 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4433 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4434 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4435
4436 /*
4437  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4438  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4439  */
4440 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4441
4442 /* return values int ....just for stop_machine() */
4443 static int __build_all_zonelists(void *data)
4444 {
4445         int nid;
4446         int cpu;
4447         pg_data_t *self = data;
4448
4449 #ifdef CONFIG_NUMA
4450         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4451 #endif
4452
4453         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4454                 build_zonelists(self);
4455         }
4456
4457         for_each_online_node(nid) {
4458                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4459
4460                 build_zonelists(pgdat);
4461         }
4462
4463         /*
4464          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4465          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4466          * each zone will be allocated later when the per cpu
4467          * allocator is available.
4468          *
4469          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4470          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4471          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4472          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4473          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4474          * (a chicken-egg dilemma).
4475          */
4476         for_each_possible_cpu(cpu) {
4477                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4478
4479 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4480                 /*
4481                  * We now know the "local memory node" for each node--
4482                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4483                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4484                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4485                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4486                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4487                  */
4488                 if (cpu_online(cpu))
4489                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4490 #endif
4491         }
4492
4493         return 0;
4494 }
4495
4496 static noinline void __init
4497 build_all_zonelists_init(void)
4498 {
4499         __build_all_zonelists(NULL);
4500         mminit_verify_zonelist();
4501         cpuset_init_current_mems_allowed();
4502 }
4503
4504 /*
4505  * Called with zonelists_mutex held always
4506  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4507  *
4508  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4509  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4510  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4511  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4512  */
4513 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4514 {
4515         set_zonelist_order();
4516
4517         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4518                 build_all_zonelists_init();
4519         } else {
4520 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4521                 if (zone)
4522                         setup_zone_pageset(zone);
4523 #endif
4524                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4525                    of zonelist */
4526                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4527                 /* cpuset refresh routine should be here */
4528         }
4529         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4530         /*
4531          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4532          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4533          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4534          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4535          * disabled and enable it later
4536          */
4537         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4538                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4539         else
4540                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4541
4542         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4543                 "Total pages: %ld\n",
4544                         nr_online_nodes,
4545                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4546                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4547                         vm_total_pages);
4548 #ifdef CONFIG_NUMA
4549         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4550 #endif
4551 }
4552
4553 /*
4554  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4555  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4556  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4557  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4558  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4559  * conservative, even though it seems large.
4560  *
4561  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4562  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4563  */
4564 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4565
4566 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4567 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4568 {
4569         unsigned long size = 1;
4570
4571         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4572
4573         while (size < pages)
4574                 size <<= 1;
4575
4576         /*
4577          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4578          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4579          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4580          */
4581         size = min(size, 4096UL);
4582
4583         return max(size, 4UL);
4584 }
4585 #else
4586 /*
4587  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4588  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4589  *
4590  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4591  *
4592  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4593  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4594  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4595  *
4596  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4597  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4598  *
4599  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4600  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4601  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4602  */
4603 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4604 {
4605         return 4096UL;
4606 }
4607 #endif
4608
4609 /*
4610  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4611  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4612  * hash function before the remainder is taken.
4613  */
4614 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4615 {
4616         return ffz(~size);
4617 }
4618
4619 /*
4620  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4621  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4622  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4623  */
4624 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4625                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4626 {
4627         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4628         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4629         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4630         unsigned long pfn;
4631         unsigned long nr_initialised = 0;
4632 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4633         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4634 #endif
4635
4636         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4637                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4638
4639         /*
4640          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4641          * memory
4642          */
4643         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4644                 start_pfn += altmap->reserve;
4645
4646         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4647                 /*
4648                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4649                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4650                  */
4651                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4652                         goto not_early;
4653
4654                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4655                         continue;
4656                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4657                         continue;
4658                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4659                         break;
4660
4661 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4662                 /*
4663                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4664                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4665                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4666                  */
4667                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4668                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4669                                 continue;
4670
4671                 /*
4672                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4673                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4674                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4675                  */
4676                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4677                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4678                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4679                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4680                                                 break;
4681                                 r = tmp;
4682                         }
4683                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4684                             memblock_is_mirror(r)) {
4685                                 /* already initialized as NORMAL */
4686                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4687                                 continue;
4688                         }
4689                 }
4690 #endif
4691
4692 not_early:
4693                 /*
4694                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4695                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4696                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4697                  * the address space during boot when many long-lived
4698                  * kernel allocations are made.
4699                  *
4700                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4701                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4702                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4703                  * pfn out of zone.
4704                  */
4705                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4706                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4707
4708                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4709                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4710                 } else {
4711                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4712                 }
4713         }
4714 }
4715
4716 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4717 {
4718         unsigned int order, t;
4719         for_each_migratetype_order(order, t) {
4720                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4721                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4722         }
4723 }
4724
4725 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4726 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4727         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4728 #endif
4729
4730 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4731 {
4732 #ifdef CONFIG_MMU
4733         int batch;
4734
4735         /*
4736          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4737          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4738          *
4739          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4740          */
4741         batch = zone->managed_pages / 1024;
4742         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4743                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4744         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4745         if (batch < 1)
4746                 batch = 1;
4747
4748         /*
4749          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4750          * of 2 value was found to be more likely to have
4751          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4752          *
4753          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4754          * batches of pages, one task can end up with a lot
4755          * of pages of one half of the possible page colors
4756          * and the other with pages of the other colors.
4757          */
4758         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4759
4760         return batch;
4761
4762 #else
4763         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4764          * conditions.
4765          *
4766          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4767          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4768          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4769          *
4770          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4771          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4772          * can be a significant delay between the individual batches being
4773          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4774          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4775          */
4776         return 0;
4777 #endif
4778 }
4779
4780 /*
4781  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4782  * ->batch must never be higher then ->high.
4783  * The following function updates them in a safe manner without read side
4784  * locking.
4785  *
4786  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4787  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4788  *
4789  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4790  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4791  * exist).
4792  */
4793 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4794                 unsigned long batch)
4795 {
4796        /* start with a fail safe value for batch */
4797         pcp->batch = 1;
4798         smp_wmb();
4799
4800        /* Update high, then batch, in order */
4801         pcp->high = high;
4802         smp_wmb();
4803
4804         pcp->batch = batch;
4805 }
4806
4807 /* a companion to pageset_set_high() */
4808 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4809 {
4810         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4811 }
4812
4813 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4814 {
4815         struct per_cpu_pages *pcp;
4816         int migratetype;
4817
4818         memset(p, 0, sizeof(*p));
4819
4820         pcp = &p->pcp;
4821         pcp->count = 0;
4822         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4823                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4824 }
4825
4826 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4827 {
4828         pageset_init(p);
4829         pageset_set_batch(p, batch);
4830 }
4831
4832 /*
4833  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4834  * to the value high for the pageset p.
4835  */
4836 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4837                                 unsigned long high)
4838 {
4839         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4840         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4841                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4842
4843         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4844 }
4845
4846 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4847                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4848 {
4849         if (percpu_pagelist_fraction)
4850                 pageset_set_high(pcp,
4851                         (zone->managed_pages /
4852                                 percpu_pagelist_fraction));
4853         else
4854                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4855 }
4856
4857 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4858 {
4859         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4860
4861         pageset_init(pcp);
4862         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4863 }
4864
4865 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4866 {
4867         int cpu;
4868         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4869         for_each_possible_cpu(cpu)
4870                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4871 }
4872
4873 /*
4874  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4875  * Before this call only boot pagesets were available.
4876  */
4877 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4878 {
4879         struct zone *zone;
4880
4881         for_each_populated_zone(zone)
4882                 setup_zone_pageset(zone);
4883 }
4884
4885 static noinline __init_refok
4886 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4887 {
4888         int i;
4889         size_t alloc_size;
4890
4891         /*
4892          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4893          * per zone.
4894          */
4895         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4896                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4897         zone->wait_table_bits =
4898                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4899         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4900                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4901
4902         if (!slab_is_available()) {
4903                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4904                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4905                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4906         } else {
4907                 /*
4908                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4909                  * via memory hot-add.
4910                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4911                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4912                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4913                  * node itself as well.
4914                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4915                  * necessary.
4916                  */
4917                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4918         }
4919         if (!zone->wait_table)
4920                 return -ENOMEM;
4921
4922         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4923                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4924
4925         return 0;
4926 }
4927
4928 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4929 {
4930         /*
4931          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4932          * relies on the ability of the linker to provide the
4933          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4934          */
4935         zone->pageset = &boot_pageset;
4936
4937         if (populated_zone(zone))
4938                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4939                         zone->name, zone->present_pages,
4940                                          zone_batchsize(zone));
4941 }
4942
4943 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4944                                         unsigned long zone_start_pfn,
4945                                         unsigned long size)
4946 {
4947         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4948         int ret;
4949         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4950         if (ret)
4951                 return ret;
4952         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4953
4954         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4955
4956         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4957                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4958                         pgdat->node_id,
4959                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4960                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4961
4962         zone_init_free_lists(zone);
4963
4964         return 0;
4965 }
4966
4967 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4968 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4969
4970 /*
4971  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4972  */
4973 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4974                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4975 {
4976         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4977         int nid;
4978
4979         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4980                 return state->last_nid;
4981
4982         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4983         if (nid != -1) {
4984                 state->last_start = start_pfn;
4985                 state->last_end = end_pfn;
4986                 state->last_nid = nid;
4987         }
4988
4989         return nid;
4990 }
4991 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4992
4993 /**
4994  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4995  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4996  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4997  *
4998  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4999  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5000  * memblock_free_early_nid() manually.
5001  */
5002 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5003 {
5004         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5005         int i, this_nid;
5006
5007         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5008                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5009                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5010
5011                 if (start_pfn < end_pfn)
5012                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5013                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5014                                         this_nid);
5015         }
5016 }
5017
5018 /**
5019  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5020  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5021  *
5022  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5023  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5024  */
5025 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5026 {
5027         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5028         int i, this_nid;
5029
5030         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5031                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5032 }
5033
5034 /**
5035  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5036  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5037  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5038  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5039  *
5040  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5041  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5042  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5043  * PFNs will be 0.
5044  */
5045 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5046                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5047 {
5048         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5049         int i;
5050
5051         *start_pfn = -1UL;
5052         *end_pfn = 0;
5053
5054         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5055                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5056                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5057         }
5058
5059         if (*start_pfn == -1UL)
5060                 *start_pfn = 0;
5061 }
5062
5063 /*
5064  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5065  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5066  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5067  */
5068 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5069 {
5070         int zone_index;
5071         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5072                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5073                         continue;
5074
5075                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5076                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5077                         break;
5078         }
5079
5080         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5081         movable_zone = zone_index;
5082 }
5083
5084 /*
5085  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5086  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5087  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5088  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5089  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5090  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5091  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5092  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5093  */
5094 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5095                                         unsigned long zone_type,
5096                                         unsigned long node_start_pfn,
5097                                         unsigned long node_end_pfn,
5098                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5099                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5100 {
5101         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5102         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5103                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5104                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5105                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5106                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5107                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5108
5109                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5110                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5111                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5112         }
5113 }
5114
5115 /*
5116  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5117  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5118  */
5119 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5120                                         unsigned long zone_type,
5121                                         unsigned long node_start_pfn,
5122                                         unsigned long node_end_pfn,
5123                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5124                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5125                                         unsigned long *ignored)
5126 {
5127         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5128         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5129                 return 0;
5130
5131         /* Get the start and end of the zone */
5132         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5133         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5134         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5135                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5136                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5137
5138         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5139         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5140                 return 0;
5141
5142         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5143         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5144         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5145
5146         /* Return the spanned pages */
5147         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5148 }
5149
5150 /*
5151  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5152  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5153  */
5154 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5155                                 unsigned long range_start_pfn,
5156                                 unsigned long range_end_pfn)
5157 {
5158         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5159         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5160         int i;
5161
5162         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5163                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5164                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5165                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5166         }
5167         return nr_absent;
5168 }
5169
5170 /**
5171  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5172  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5173  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5174  *
5175  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5176  */
5177 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5178                                                         unsigned long end_pfn)
5179 {
5180         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5181 }
5182
5183 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5184 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5185                                         unsigned long zone_type,
5186                                         unsigned long node_start_pfn,
5187                                         unsigned long node_end_pfn,
5188                                         unsigned long *ignored)
5189 {
5190         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5191         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5192         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5193         unsigned long nr_absent;
5194
5195         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5196         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5197                 return 0;
5198
5199         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5200         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5201
5202         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5203                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5204                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5205         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5206
5207         /*
5208          * ZONE_MOVABLE handling.
5209          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5210          * and vice versa.
5211          */
5212         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5213                 if (mirrored_kernelcore) {
5214                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5215                         struct memblock_region *r;
5216
5217                         for_each_memblock(memory, r) {
5218                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5219                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5220                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5221                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5222
5223                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5224                                     memblock_is_mirror(r))
5225                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5226
5227                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5228                                     !memblock_is_mirror(r))
5229                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5230                         }
5231                 } else {
5232                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5233                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5234                 }
5235         }
5236
5237         return nr_absent;
5238 }
5239
5240 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5241 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5242                                         unsigned long zone_type,
5243                                         unsigned long node_start_pfn,
5244                                         unsigned long node_end_pfn,
5245                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5246                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5247                                         unsigned long *zones_size)
5248 {
5249         unsigned int zone;
5250
5251         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5252         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5253                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5254
5255         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5256
5257         return zones_size[zone_type];
5258 }
5259
5260 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5261                                                 unsigned long zone_type,
5262                                                 unsigned long node_start_pfn,
5263                                                 unsigned long node_end_pfn,
5264                                                 unsigned long *zholes_size)
5265 {
5266         if (!zholes_size)
5267                 return 0;
5268
5269         return zholes_size[zone_type];
5270 }
5271
5272 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5273
5274 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5275                                                 unsigned long node_start_pfn,
5276                                                 unsigned long node_end_pfn,
5277                                                 unsigned long *zones_size,
5278                                                 unsigned long *zholes_size)
5279 {
5280         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5281         enum zone_type i;
5282
5283         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5284                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5285                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5286                 unsigned long size, real_size;
5287
5288                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5289                                                   node_start_pfn,
5290                                                   node_end_pfn,
5291                                                   &zone_start_pfn,
5292                                                   &zone_end_pfn,
5293                                                   zones_size);
5294                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5295                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5296                                                   zholes_size);
5297                 if (size)
5298                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5299                 else
5300                         zone->zone_start_pfn = 0;
5301                 zone->spanned_pages = size;
5302                 zone->present_pages = real_size;
5303
5304                 totalpages += size;
5305                 realtotalpages += real_size;
5306         }
5307
5308         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5309         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5310         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5311                                                         realtotalpages);
5312 }
5313
5314 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5315 /*
5316  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5317  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5318  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5319  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5320  * bytes.
5321  */
5322 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5323 {
5324         unsigned long usemapsize;
5325
5326         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5327         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5328         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5329         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5330         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5331
5332         return usemapsize / 8;
5333 }
5334
5335 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5336                                 struct zone *zone,
5337                                 unsigned long zone_start_pfn,
5338                                 unsigned long zonesize)
5339 {
5340         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5341         zone->pageblock_flags = NULL;
5342         if (usemapsize)
5343                 zone->pageblock_flags =
5344                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5345                                                          pgdat->node_id);
5346 }
5347 #else
5348 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5349                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5350 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5351
5352 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5353
5354 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5355 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5356 {
5357         unsigned int order;
5358
5359         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5360         if (pageblock_order)
5361                 return;
5362
5363         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5364                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5365         else
5366                 order = MAX_ORDER - 1;
5367
5368         /*
5369          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5370          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5371          * powerpc.
5372          */
5373         pageblock_order = order;
5374 }
5375 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5376
5377 /*
5378  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5379  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5380  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5381  * the kernel config
5382  */
5383 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5384 {
5385 }
5386
5387 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5388
5389 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5390                                                    unsigned long present_pages)
5391 {
5392         unsigned long pages = spanned_pages;
5393
5394         /*
5395          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5396          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5397          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5398          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5399          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5400          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5401          */
5402         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5403             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5404                 pages = present_pages;
5405
5406         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5407 }
5408
5409 /*
5410  * Set up the zone data structures:
5411  *   - mark all pages reserved
5412  *   - mark all memory queues empty
5413  *   - clear the memory bitmaps
5414  *
5415  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5416  */
5417 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5418 {
5419         enum zone_type j;
5420         int nid = pgdat->node_id;
5421         int ret;
5422
5423         pgdat_resize_init(pgdat);
5424 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5425         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5426         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5427         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5428 #endif
5429 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5430         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5431         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5432         pgdat->split_queue_len = 0;
5433 #endif
5434         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5435         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5436 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5437         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5438 #endif
5439         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5440
5441         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5442                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5443                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5444                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5445
5446                 size = zone->spanned_pages;
5447                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5448
5449                 /*
5450                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5451                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5452                  * and per-cpu initialisations
5453                  */
5454                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5455                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5456                         if (freesize >= memmap_pages) {
5457                                 freesize -= memmap_pages;
5458                                 if (memmap_pages)
5459                                         printk(KERN_DEBUG
5460                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5461                                                zone_names[j], memmap_pages);
5462                         } else
5463                                 printk(KERN_WARNING
5464                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5465                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5466                 }
5467
5468                 /* Account for reserved pages */
5469                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5470                         freesize -= dma_reserve;
5471                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5472                                         zone_names[0], dma_reserve);
5473                 }
5474
5475                 if (!is_highmem_idx(j))
5476                         nr_kernel_pages += freesize;
5477                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5478                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5479                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5480                 nr_all_pages += freesize;
5481
5482                 /*
5483                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5484                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5485                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5486                  */
5487                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5488 #ifdef CONFIG_NUMA
5489                 zone->node = nid;
5490                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5491                                                 / 100;
5492                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5493 #endif
5494                 zone->name = zone_names[j];
5495                 spin_lock_init(&zone->lock);
5496                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5497                 zone_seqlock_init(zone);
5498                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5499                 zone_pcp_init(zone);
5500
5501                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5502                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5503
5504                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5505                 if (!size)
5506                         continue;
5507
5508                 set_pageblock_order();
5509                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5510                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5511                 BUG_ON(ret);
5512                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5513         }
5514 }
5515
5516 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5517 {
5518         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5519         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5520
5521         /* Skip empty nodes */
5522         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5523                 return;
5524
5525 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5526         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5527         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5528         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5529         if (!pgdat->node_mem_map) {
5530                 unsigned long size, end;
5531                 struct page *map;
5532
5533                 /*
5534                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5535                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5536                  * for the buddy allocator to function correctly.
5537                  */
5538                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5539                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5540                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5541                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5542                 if (!map)
5543                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5544                                                                pgdat->node_id);
5545                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5546         }
5547 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5548         /*
5549          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5550          */
5551         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5552                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5553 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5554                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5555                         mem_map -= offset;
5556 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5557         }
5558 #endif
5559 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5560 }
5561
5562 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5563                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5564 {
5565         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5566         unsigned long start_pfn = 0;
5567         unsigned long end_pfn = 0;
5568
5569         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5570         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5571
5572         reset_deferred_meminit(pgdat);
5573         pgdat->node_id = nid;
5574         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5575 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5576         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5577         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5578                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5579                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5580 #else
5581         start_pfn = node_start_pfn;
5582 #endif
5583         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5584                                   zones_size, zholes_size);
5585
5586         alloc_node_mem_map(pgdat);
5587 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5588         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5589                 nid, (unsigned long)pgdat,
5590                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5591 #endif
5592
5593         free_area_init_core(pgdat);
5594 }
5595
5596 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5597
5598 #if MAX_NUMNODES > 1
5599 /*
5600  * Figure out the number of possible node ids.
5601  */
5602 void __init setup_nr_node_ids(void)
5603 {
5604         unsigned int highest;
5605
5606         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5607         nr_node_ids = highest + 1;
5608 }
5609 #endif
5610
5611 /**
5612  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5613  *
5614  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5615  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5616  * all the nodes.
5617  *
5618  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5619  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5620  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5621  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5622  *
5623  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5624  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5625  * populated node map.
5626  *
5627  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5628  * requirement (single node).
5629  */
5630 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5631 {
5632         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5633         unsigned long start, end, mask;
5634         int last_nid = -1;
5635         int i, nid;
5636
5637         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5638                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5639                         last_nid = nid;
5640                         last_end = end;
5641                         continue;
5642                 }
5643
5644                 /*
5645                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5646                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5647                  * too coarse to separate the current node from the last.
5648                  */
5649                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5650                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5651                         mask <<= 1;
5652
5653                 /* accumulate all internode masks */
5654                 accl_mask |= mask;
5655         }
5656
5657         /* convert mask to number of pages */
5658         return ~accl_mask + 1;
5659 }
5660
5661 /* Find the lowest pfn for a node */
5662 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5663 {
5664         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5665         unsigned long start_pfn;
5666         int i;
5667
5668         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5669                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5670
5671         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5672                 printk(KERN_WARNING
5673                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5674                 return 0;
5675         }
5676
5677         return min_pfn;
5678 }
5679
5680 /**
5681  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5682  *
5683  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5684  * memblock_set_node().
5685  */
5686 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5687 {
5688         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5689 }
5690
5691 /*
5692  * early_calculate_totalpages()
5693  * Sum pages in active regions for movable zone.
5694  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5695  */
5696 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5697 {
5698         unsigned long totalpages = 0;
5699         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5700         int i, nid;
5701
5702         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5703                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5704
5705                 totalpages += pages;
5706                 if (pages)
5707                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5708         }
5709         return totalpages;
5710 }
5711
5712 /*
5713  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5714  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5715  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5716  * others
5717  */
5718 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5719 {
5720         int i, nid;
5721         unsigned long usable_startpfn;
5722         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5723         /* save the state before borrow the nodemask */
5724         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5725         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5726         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5727         struct memblock_region *r;
5728
5729         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5730         find_usable_zone_for_movable();
5731
5732         /*
5733          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5734          * options.
5735          */
5736         if (movable_node_is_enabled()) {
5737                 for_each_memblock(memory, r) {
5738                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5739                                 continue;
5740
5741                         nid = r->nid;
5742
5743                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5744                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5745                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5746                                 usable_startpfn;
5747                 }
5748
5749                 goto out2;
5750         }
5751
5752         /*
5753          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5754          */
5755         if (mirrored_kernelcore) {
5756                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5757
5758                 for_each_memblock(memory, r) {
5759                         if (memblock_is_mirror(r))
5760                                 continue;
5761
5762                         nid = r->nid;
5763
5764                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5765
5766                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5767                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5768                                 continue;
5769                         }
5770
5771                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5772                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5773                                 usable_startpfn;
5774                 }
5775
5776                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5777                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5778
5779                 goto out2;
5780         }
5781
5782         /*
5783          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5784          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5785          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5786          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5787          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5788          * what movablecore would have allowed.
5789          */
5790         if (required_movablecore) {
5791                 unsigned long corepages;
5792
5793                 /*
5794                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5795                  * was requested by the user
5796                  */
5797                 required_movablecore =
5798                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5799                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5800                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5801
5802                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5803         }
5804
5805         /*
5806          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5807          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5808          */
5809         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5810                 goto out;
5811
5812         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5813         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5814
5815 restart:
5816         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5817         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5818         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5819                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5820
5821                 /*
5822                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5823                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5824                  * amount of memory for the kernel
5825                  */
5826                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5827                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5828
5829                 /*
5830                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5831                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5832                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5833                  */
5834                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5835
5836                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5837                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5838                         unsigned long size_pages;
5839
5840                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5841                         if (start_pfn >= end_pfn)
5842                                 continue;
5843
5844                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5845                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5846                                 unsigned long kernel_pages;
5847                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5848                                                                 - start_pfn;
5849
5850                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5851                                                         kernelcore_remaining);
5852                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5853                                                         required_kernelcore);
5854
5855                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5856                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5857
5858                                         /*
5859                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5860                                          * that if we have to rebalance
5861                                          * kernelcore across nodes, we will
5862                                          * not double account here
5863                                          */
5864                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5865                                         continue;
5866                                 }
5867                                 start_pfn = usable_startpfn;
5868                         }
5869
5870                         /*
5871                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5872                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5873                          * number of pages used as kernelcore
5874                          */
5875                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5876                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5877                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5878                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5879
5880                         /*
5881                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5882                          * break if the kernelcore for this node has been
5883                          * satisfied
5884                          */
5885                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5886                                                                 size_pages);
5887                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5888                         if (!kernelcore_remaining)
5889                                 break;
5890                 }
5891         }
5892
5893         /*
5894          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5895          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5896          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5897          * satisfied
5898          */
5899         usable_nodes--;
5900         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5901                 goto restart;
5902
5903 out2:
5904         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5905         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5906                 zone_movable_pfn[nid] =
5907                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5908
5909 out:
5910         /* restore the node_state */
5911         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5912 }
5913
5914 /* Any regular or high memory on that node ? */
5915 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5916 {
5917         enum zone_type zone_type;
5918
5919         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5920                 return;
5921
5922         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5923                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5924                 if (populated_zone(zone)) {
5925                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5926                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5927                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5928                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5929                         break;
5930                 }
5931         }
5932 }
5933
5934 /**
5935  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5936  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5937  *
5938  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5939  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5940  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5941  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5942  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5943  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5944  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5945  * at arch_max_dma_pfn.
5946  */
5947 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5948 {
5949         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5950         int i, nid;
5951
5952         /* Record where the zone boundaries are */
5953         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5954                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5955         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5956                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5957         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5958         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5959         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5960                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5961                         continue;
5962                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5963                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5964                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5965                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5966         }
5967         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5968         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5969
5970         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5971         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5972         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5973
5974         /* Print out the zone ranges */
5975         pr_info("Zone ranges:\n");
5976         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5977                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5978                         continue;
5979                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5980                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5981                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5982                         pr_cont("empty\n");
5983                 else
5984                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5985                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5986                                         << PAGE_SHIFT,
5987                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5988                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5989         }
5990
5991         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5992         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5993         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5994                 if (zone_movable_pfn[i])
5995                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5996                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5997         }
5998
5999         /* Print out the early node map */
6000         pr_info("Early memory node ranges\n");
6001         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6002                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6003                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6004                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6005
6006         /* Initialise every node */
6007         mminit_verify_pageflags_layout();
6008         setup_nr_node_ids();
6009         for_each_online_node(nid) {
6010                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6011                 free_area_init_node(nid, NULL,
6012                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6013
6014                 /* Any memory on that node */
6015                 if (pgdat->node_present_pages)
6016                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6017                 check_for_memory(pgdat, nid);
6018         }
6019 }
6020
6021 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6022 {
6023         unsigned long long coremem;
6024         if (!p)
6025                 return -EINVAL;
6026
6027         coremem = memparse(p, &p);
6028         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6029
6030         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6031         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6032
6033         return 0;
6034 }
6035
6036 /*
6037  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6038  * cannot be reclaimed or migrated.
6039  */
6040 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6041 {
6042         /* parse kernelcore=mirror */
6043         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6044                 mirrored_kernelcore = true;
6045                 return 0;
6046         }
6047
6048         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6049 }
6050
6051 /*
6052  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6053  * can be reclaimed or migrated.
6054  */
6055 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6056 {
6057         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6058 }
6059
6060 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6061 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6062
6063 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6064
6065 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6066 {
6067         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6068         page_zone(page)->managed_pages += count;
6069         totalram_pages += count;
6070 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6071         if (PageHighMem(page))
6072                 totalhigh_pages += count;
6073 #endif
6074         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6075 }
6076 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6077
6078 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6079 {
6080         void *pos;
6081         unsigned long pages = 0;
6082
6083         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6084         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6085         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6086                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6087                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6088                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6089         }
6090
6091         if (pages && s)
6092                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6093                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6094
6095         return pages;
6096 }
6097 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6098
6099 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6100 void free_highmem_page(struct page *page)
6101 {
6102         __free_reserved_page(page);
6103         totalram_pages++;
6104         page_zone(page)->managed_pages++;
6105         totalhigh_pages++;
6106 }
6107 #endif
6108
6109
6110 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6111 {
6112         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6113         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6114
6115         physpages = get_num_physpages();
6116         codesize = _etext - _stext;
6117         datasize = _edata - _sdata;
6118         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6119         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6120         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6121         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6122
6123         /*
6124          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6125          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6126          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6127          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6128          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6129          */
6130 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6131         do { \
6132                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6133                         size -= adj; \
6134         } while (0)
6135
6136         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6137                      _sinittext, init_code_size);
6138         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6139         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6140         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6141         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6142
6143 #undef  adj_init_size
6144
6145         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
6146                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
6147                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6148 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6149                ", %luK highmem"
6150 #endif
6151                "%s%s)\n",
6152                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
6153                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6154                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6155                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
6156                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
6157 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6158                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
6159 #endif
6160                str ? ", " : "", str ? str : "");
6161 }
6162
6163 /**
6164  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6165  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6166  *
6167  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6168  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6169  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6170  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6171  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6172  * smaller per-cpu batchsize.
6173  */
6174 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6175 {
6176         dma_reserve = new_dma_reserve;
6177 }
6178
6179 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6180 {
6181         free_area_init_node(0, zones_size,
6182                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6183 }
6184
6185 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6186                                  unsigned long action, void *hcpu)
6187 {
6188         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6189
6190         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6191                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6192                 drain_pages(cpu);
6193
6194                 /*
6195                  * Spill the event counters of the dead processor
6196                  * into the current processors event counters.
6197                  * This artificially elevates the count of the current
6198                  * processor.
6199                  */
6200                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6201
6202                 /*
6203                  * Zero the differential counters of the dead processor
6204                  * so that the vm statistics are consistent.
6205                  *
6206                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6207                  * race with what we are doing.
6208                  */
6209                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6210         }
6211         return NOTIFY_OK;
6212 }
6213
6214 void __init page_alloc_init(void)
6215 {
6216         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6217 }
6218
6219 /*
6220  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6221  *      or min_free_kbytes changes.
6222  */
6223 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6224 {
6225         struct pglist_data *pgdat;
6226         unsigned long reserve_pages = 0;
6227         enum zone_type i, j;
6228
6229         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6230                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6231                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6232                         long max = 0;
6233
6234                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6235                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6236                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6237                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6238                         }
6239
6240                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6241                         max += high_wmark_pages(zone);
6242
6243                         if (max > zone->managed_pages)
6244                                 max = zone->managed_pages;
6245
6246                         zone->totalreserve_pages = max;
6247
6248                         reserve_pages += max;
6249                 }
6250         }
6251         totalreserve_pages = reserve_pages;
6252 }
6253
6254 /*
6255  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6256  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6257  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6258  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6259  */
6260 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6261 {
6262         struct pglist_data *pgdat;
6263         enum zone_type j, idx;
6264
6265         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6266                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6267                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6268                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6269
6270                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6271
6272                         idx = j;
6273                         while (idx) {
6274                                 struct zone *lower_zone;
6275
6276                                 idx--;
6277
6278                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6279                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6280
6281                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6282                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6283                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6284                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6285                         }
6286                 }
6287         }
6288
6289         /* update totalreserve_pages */
6290         calculate_totalreserve_pages();
6291 }
6292
6293 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6294 {
6295         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6296         unsigned long lowmem_pages = 0;
6297         struct zone *zone;
6298         unsigned long flags;
6299
6300         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6301         for_each_zone(zone) {
6302                 if (!is_highmem(zone))
6303                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6304         }
6305
6306         for_each_zone(zone) {
6307                 u64 tmp;
6308
6309                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6310                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6311                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6312                 if (is_highmem(zone)) {
6313                         /*
6314                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6315                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6316                          * value here.
6317                          *
6318                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6319                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6320                          * not be capped for highmem.
6321                          */
6322                         unsigned long min_pages;
6323
6324                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6325                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6326                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6327                 } else {
6328                         /*
6329                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6330                          * proportionate to the zone's size.
6331                          */
6332                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6333                 }
6334
6335                 /*
6336                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6337                  * scale factor in proportion to available memory, but
6338                  * ensure a minimum size on small systems.
6339                  */
6340                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6341                             mult_frac(zone->managed_pages,
6342                                       watermark_scale_factor, 10000));
6343
6344                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6345                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6346
6347                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6348                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6349                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6350
6351                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6352         }
6353
6354         /* update totalreserve_pages */
6355         calculate_totalreserve_pages();
6356 }
6357
6358 /**
6359  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6360  * or when memory is hot-{added|removed}
6361  *
6362  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6363  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6364  */
6365 void setup_per_zone_wmarks(void)
6366 {
6367         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6368         __setup_per_zone_wmarks();
6369         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6370 }
6371
6372 /*
6373  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6374  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6375  * to be referenced again before it is swapped out.
6376  *
6377  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6378  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6379  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6380  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6381  *
6382  * total     target    max
6383  * memory    ratio     inactive anon
6384  * -------------------------------------
6385  *   10MB       1         5MB
6386  *  100MB       1        50MB
6387  *    1GB       3       250MB
6388  *   10GB      10       0.9GB
6389  *  100GB      31         3GB
6390  *    1TB     101        10GB
6391  *   10TB     320        32GB
6392  */
6393 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6394 {
6395         unsigned int gb, ratio;
6396
6397         /* Zone size in gigabytes */
6398         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6399         if (gb)
6400                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6401         else
6402                 ratio = 1;
6403
6404         zone->inactive_ratio = ratio;
6405 }
6406
6407 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6408 {
6409         struct zone *zone;
6410
6411         for_each_zone(zone)
6412                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6413 }
6414
6415 /*
6416  * Initialise min_free_kbytes.
6417  *
6418  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6419  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6420  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6421  *
6422  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6423  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6424  *
6425  * which yields
6426  *
6427  * 16MB:        512k
6428  * 32MB:        724k
6429  * 64MB:        1024k
6430  * 128MB:       1448k
6431  * 256MB:       2048k
6432  * 512MB:       2896k
6433  * 1024MB:      4096k
6434  * 2048MB:      5792k
6435  * 4096MB:      8192k
6436  * 8192MB:      11584k
6437  * 16384MB:     16384k
6438  */
6439 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6440 {
6441         unsigned long lowmem_kbytes;
6442         int new_min_free_kbytes;
6443
6444         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6445         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6446
6447         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6448                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6449                 if (min_free_kbytes < 128)
6450                         min_free_kbytes = 128;
6451                 if (min_free_kbytes > 65536)
6452                         min_free_kbytes = 65536;
6453         } else {
6454                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6455                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6456         }
6457         setup_per_zone_wmarks();
6458         refresh_zone_stat_thresholds();
6459         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6460         setup_per_zone_inactive_ratio();
6461         return 0;
6462 }
6463 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6464
6465 /*
6466  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6467  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6468  *      changes.
6469  */
6470 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6471         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6472 {
6473         int rc;
6474
6475         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6476         if (rc)
6477                 return rc;
6478
6479         if (write) {
6480                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6481                 setup_per_zone_wmarks();
6482         }
6483         return 0;
6484 }
6485
6486 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6487         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6488 {
6489         int rc;
6490
6491         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6492         if (rc)
6493                 return rc;
6494
6495         if (write)
6496                 setup_per_zone_wmarks();
6497
6498         return 0;
6499 }
6500
6501 #ifdef CONFIG_NUMA
6502 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6503         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6504 {
6505         struct zone *zone;
6506         int rc;
6507
6508         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6509         if (rc)
6510                 return rc;
6511
6512         for_each_zone(zone)
6513                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6514                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6515         return 0;
6516 }
6517
6518 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6519         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6520 {
6521         struct zone *zone;
6522         int rc;
6523
6524         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6525         if (rc)
6526                 return rc;
6527
6528         for_each_zone(zone)
6529                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6530                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6531         return 0;
6532 }
6533 #endif
6534
6535 /*
6536  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6537  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6538  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6539  *
6540  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6541  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6542  * if in function of the boot time zone sizes.
6543  */
6544 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6545         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6546 {
6547         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6548         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6549         return 0;
6550 }
6551
6552 /*
6553  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6554  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6555  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6556  */
6557 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6558         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6559 {
6560         struct zone *zone;
6561         int old_percpu_pagelist_fraction;
6562         int ret;
6563
6564         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6565         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6566
6567         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6568         if (!write || ret < 0)
6569                 goto out;
6570
6571         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6572         if (percpu_pagelist_fraction &&
6573             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6574                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6575                 ret = -EINVAL;
6576                 goto out;
6577         }
6578
6579         /* No change? */
6580         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6581                 goto out;
6582
6583         for_each_populated_zone(zone) {
6584                 unsigned int cpu;
6585
6586                 for_each_possible_cpu(cpu)
6587                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6588                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6589         }
6590 out:
6591         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6592         return ret;
6593 }
6594
6595 #ifdef CONFIG_NUMA
6596 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6597
6598 static int __init set_hashdist(char *str)
6599 {
6600         if (!str)
6601                 return 0;
6602         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6603         return 1;
6604 }
6605 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6606 #endif
6607
6608 /*
6609  * allocate a large system hash table from bootmem
6610  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6611  *   quantity of entries
6612  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6613  */
6614 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6615                                      unsigned long bucketsize,
6616                                      unsigned long numentries,
6617                                      int scale,
6618                                      int flags,
6619                                      unsigned int *_hash_shift,
6620                                      unsigned int *_hash_mask,
6621                                      unsigned long low_limit,
6622                                      unsigned long high_limit)
6623 {
6624         unsigned long long max = high_limit;
6625         unsigned long log2qty, size;
6626         void *table = NULL;
6627
6628         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6629         if (!numentries) {
6630                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6631                 numentries = nr_kernel_pages;
6632
6633                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6634                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6635                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6636
6637                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6638                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6639                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6640                 else
6641                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6642
6643                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6644                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6645                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6646                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6647                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6648                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6649                                 BUG_ON(!numentries);
6650                         }
6651                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6652                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6653         }
6654         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6655
6656         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6657         if (max == 0) {
6658                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6659                 do_div(max, bucketsize);
6660         }
6661         max = min(max, 0x80000000ULL);
6662
6663         if (numentries < low_limit)
6664                 numentries = low_limit;
6665         if (numentries > max)
6666                 numentries = max;
6667
6668         log2qty = ilog2(numentries);
6669
6670         do {
6671                 size = bucketsize << log2qty;
6672                 if (flags & HASH_EARLY)
6673                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6674                 else if (hashdist)
6675                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6676                 else {
6677                         /*
6678                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6679                          * some pages at the end of hash table which
6680                          * alloc_pages_exact() automatically does
6681                          */
6682                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6683                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6684                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6685                         }
6686                 }
6687         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6688
6689         if (!table)
6690                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6691
6692         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6693                tablename,
6694                (1UL << log2qty),
6695                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6696                size);
6697
6698         if (_hash_shift)
6699                 *_hash_shift = log2qty;
6700         if (_hash_mask)
6701                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6702
6703         return table;
6704 }
6705
6706 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6707 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6708                                                         unsigned long pfn)
6709 {
6710 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6711         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6712 #else
6713         return zone->pageblock_flags;
6714 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6715 }
6716
6717 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6718 {
6719 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6720         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6721         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6722 #else
6723         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6724         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6725 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6726 }
6727
6728 /**
6729  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6730  * @page: The page within the block of interest
6731  * @pfn: The target page frame number
6732  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6733  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6734  *
6735  * Return: pageblock_bits flags
6736  */
6737 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6738                                         unsigned long end_bitidx,
6739                                         unsigned long mask)
6740 {
6741         struct zone *zone;
6742         unsigned long *bitmap;
6743         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6744         unsigned long word;
6745
6746         zone = page_zone(page);
6747         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6748         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6749         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6750         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6751
6752         word = bitmap[word_bitidx];
6753         bitidx += end_bitidx;
6754         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6755 }
6756
6757 /**
6758  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6759  * @page: The page within the block of interest
6760  * @flags: The flags to set
6761  * @pfn: The target page frame number
6762  * @end_bitidx: The last bit of interest
6763  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6764  */
6765 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6766                                         unsigned long pfn,
6767                                         unsigned long end_bitidx,
6768                                         unsigned long mask)
6769 {
6770         struct zone *zone;
6771         unsigned long *bitmap;
6772         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6773         unsigned long old_word, word;
6774
6775         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6776
6777         zone = page_zone(page);
6778         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6779         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6780         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6781         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6782
6783         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6784
6785         bitidx += end_bitidx;
6786         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6787         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6788
6789         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6790         for (;;) {
6791                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6792                 if (word == old_word)
6793                         break;
6794                 word = old_word;
6795         }
6796 }
6797
6798 /*
6799  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6800  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6801  *
6802  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6803  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6804  * expect this function should be exact.
6805  */
6806 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6807                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6808 {
6809         unsigned long pfn, iter, found;
6810         int mt;
6811
6812         /*
6813          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6814          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6815          */
6816         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6817                 return false;
6818         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6819         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6820                 return false;
6821
6822         pfn = page_to_pfn(page);
6823         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6824                 unsigned long check = pfn + iter;
6825
6826                 if (!pfn_valid_within(check))
6827                         continue;
6828
6829                 page = pfn_to_page(check);
6830
6831                 /*
6832                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6833                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6834                  * handle each tail page individually in migration.
6835                  */
6836                 if (PageHuge(page)) {
6837                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6838                         continue;
6839                 }
6840
6841                 /*
6842                  * We can't use page_count without pin a page
6843                  * because another CPU can free compound page.
6844                  * This check already skips compound tails of THP
6845                  * because their page->_count is zero at all time.
6846                  */
6847                 if (!page_ref_count(page)) {
6848                         if (PageBuddy(page))
6849                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6850                         continue;
6851                 }
6852
6853                 /*
6854                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6855                  * page_count() is not 0.
6856                  */
6857                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6858                         continue;
6859
6860                 if (!PageLRU(page))
6861                         found++;
6862                 /*
6863                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6864                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6865                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6866                  */
6867                 /*
6868                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6869                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6870                  *
6871                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6872                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6873                  * page at boot.
6874                  */
6875                 if (found > count)
6876                         return true;
6877         }
6878         return false;
6879 }
6880
6881 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6882 {
6883         struct zone *zone;
6884         unsigned long pfn;
6885
6886         /*
6887          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6888          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6889          * the zone but still within the section.
6890          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6891          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6892          */
6893         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6894                 return false;
6895
6896         zone = page_zone(page);
6897         pfn = page_to_pfn(page);
6898         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6899                 return false;
6900
6901         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6902 }
6903
6904 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6905
6906 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6907 {
6908         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6909                              pageblock_nr_pages) - 1);
6910 }
6911
6912 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6913 {
6914         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6915                                 pageblock_nr_pages));
6916 }
6917
6918 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6919 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6920                                         unsigned long start, unsigned long end)
6921 {
6922         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6923         unsigned long nr_reclaimed;
6924         unsigned long pfn = start;
6925         unsigned int tries = 0;
6926         int ret = 0;
6927
6928         migrate_prep();
6929
6930         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6931                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6932                         ret = -EINTR;
6933                         break;
6934                 }
6935
6936                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6937                         cc->nr_migratepages = 0;
6938                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6939                         if (!pfn) {
6940                                 ret = -EINTR;
6941                                 break;
6942                         }
6943                         tries = 0;
6944                 } else if (++tries == 5) {
6945                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6946                         break;
6947                 }
6948
6949                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6950                                                         &cc->migratepages);
6951                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6952
6953                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6954                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6955         }
6956         if (ret < 0) {
6957                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6958                 return ret;
6959         }
6960         return 0;
6961 }
6962
6963 /**
6964  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6965  * @start:      start PFN to allocate
6966  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6967  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6968  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6969  *                      in range must have the same migratetype and it must
6970  *                      be either of the two.
6971  *
6972  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6973  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6974  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6975  * pages fall in.
6976  *
6977  * The PFN range must belong to a single zone.
6978  *
6979  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6980  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6981  * need to be freed with free_contig_range().
6982  */
6983 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6984                        unsigned migratetype)
6985 {
6986         unsigned long outer_start, outer_end;
6987         unsigned int order;
6988         int ret = 0;
6989
6990         struct compact_control cc = {
6991                 .nr_migratepages = 0,
6992                 .order = -1,
6993                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6994                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6995                 .ignore_skip_hint = true,
6996         };
6997         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6998
6999         /*
7000          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7001          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7002          * have different sizes, and due to the way page allocator
7003          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7004          * that page allocator won't try to merge buddies from
7005          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7006          * other migration type.
7007          *
7008          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7009          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7010          * we are interested in).  This will put all the pages in
7011          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7012          *
7013          * When this is done, we take the pages in range from page
7014          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7015          * page allocator will never consider using them.
7016          *
7017          * This lets us mark the pageblocks back as
7018          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7019          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7020          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7021          */
7022
7023         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7024                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7025                                        false);
7026         if (ret)
7027                 return ret;
7028
7029         /*
7030          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7031          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7032          */
7033         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7034         if (ret && ret != -EBUSY)
7035                 goto done;
7036
7037         /*
7038          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7039          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7040          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7041          * What we are going to do is to allocate all pages from
7042          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7043          *
7044          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7045          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7046          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7047          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7048          * once this is done free the pages we are not interested in.
7049          *
7050          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7051          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7052          */
7053
7054         lru_add_drain_all();
7055         drain_all_pages(cc.zone);
7056
7057         order = 0;
7058         outer_start = start;
7059         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7060                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7061                         outer_start = start;
7062                         break;
7063                 }
7064                 outer_start &= ~0UL << order;
7065         }
7066
7067         if (outer_start != start) {
7068                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7069
7070                 /*
7071                  * outer_start page could be small order buddy page and
7072                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7073                  * in this case to report failed page properly
7074                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7075                  */
7076                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7077                         outer_start = start;
7078         }
7079
7080         /* Make sure the range is really isolated. */
7081         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7082                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7083                         __func__, outer_start, end);
7084                 ret = -EBUSY;
7085                 goto done;
7086         }
7087
7088         /* Grab isolated pages from freelists. */
7089         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7090         if (!outer_end) {
7091                 ret = -EBUSY;
7092                 goto done;
7093         }
7094
7095         /* Free head and tail (if any) */
7096         if (start != outer_start)
7097                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7098         if (end != outer_end)
7099                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7100
7101 done:
7102         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7103                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7104         return ret;
7105 }
7106
7107 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7108 {
7109         unsigned int count = 0;
7110
7111         for (; nr_pages--; pfn++) {
7112                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7113
7114                 count += page_count(page) != 1;
7115                 __free_page(page);
7116         }
7117         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7118 }
7119 #endif
7120
7121 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7122 /*
7123  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7124  * page high values need to be recalulated.
7125  */
7126 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7127 {
7128         unsigned cpu;
7129         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7130         for_each_possible_cpu(cpu)
7131                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7132                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7133         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7134 }
7135 #endif
7136
7137 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7138 {
7139         unsigned long flags;
7140         int cpu;
7141         struct per_cpu_pageset *pset;
7142
7143         /* avoid races with drain_pages()  */
7144         local_irq_save(flags);
7145         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7146                 for_each_online_cpu(cpu) {
7147                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7148                         drain_zonestat(zone, pset);
7149                 }
7150                 free_percpu(zone->pageset);
7151                 zone->pageset = &boot_pageset;
7152         }
7153         local_irq_restore(flags);
7154 }
7155
7156 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7157 /*
7158  * All pages in the range must be isolated before calling this.
7159  */
7160 void
7161 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7162 {
7163         struct page *page;
7164         struct zone *zone;
7165         unsigned int order, i;
7166         unsigned long pfn;
7167         unsigned long flags;
7168         /* find the first valid pfn */
7169         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7170                 if (pfn_valid(pfn))
7171                         break;
7172         if (pfn == end_pfn)
7173                 return;
7174         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7175         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7176         pfn = start_pfn;
7177         while (pfn < end_pfn) {
7178                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7179                         pfn++;
7180                         continue;
7181                 }
7182                 page = pfn_to_page(pfn);
7183                 /*
7184                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7185                  * page_count() is not 0.
7186                  */
7187                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7188                         pfn++;
7189                         SetPageReserved(page);
7190                         continue;
7191                 }
7192
7193                 BUG_ON(page_count(page));
7194                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7195                 order = page_order(page);
7196 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7197                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
7198                        pfn, 1 << order, end_pfn);
7199 #endif
7200                 list_del(&page->lru);
7201                 rmv_page_order(page);
7202                 zone->free_area[order].nr_free--;
7203                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7204                         SetPageReserved((page+i));
7205                 pfn += (1 << order);
7206         }
7207         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7208 }
7209 #endif
7210
7211 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7212 {
7213         struct zone *zone = page_zone(page);
7214         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7215         unsigned long flags;
7216         unsigned int order;
7217
7218         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7219         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7220                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7221
7222                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7223                         break;
7224         }
7225         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7226
7227         return order < MAX_ORDER;
7228 }