mm, page_alloc: move __GFP_HARDWALL modifications out of the fastpath
[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         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355
356 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
357 {
358         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
359                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
360                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
361
362         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
363                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
364 }
365
366 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
367 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
368 {
369         int ret = 0;
370         unsigned seq;
371         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
372         unsigned long sp, start_pfn;
373
374         do {
375                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
376                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
377                 sp = zone->spanned_pages;
378                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
379                         ret = 1;
380         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
381
382         if (ret)
383                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
384                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
385                         start_pfn, start_pfn + sp);
386
387         return ret;
388 }
389
390 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
391 {
392         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
393                 return 0;
394         if (zone != page_zone(page))
395                 return 0;
396
397         return 1;
398 }
399 /*
400  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
401  */
402 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
403 {
404         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
405                 return 1;
406         if (!page_is_consistent(zone, page))
407                 return 1;
408
409         return 0;
410 }
411 #else
412 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
413 {
414         return 0;
415 }
416 #endif
417
418 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
419                 unsigned long bad_flags)
420 {
421         static unsigned long resume;
422         static unsigned long nr_shown;
423         static unsigned long nr_unshown;
424
425         /* Don't complain about poisoned pages */
426         if (PageHWPoison(page)) {
427                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
428                 return;
429         }
430
431         /*
432          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
433          * or allow a steady drip of one report per second.
434          */
435         if (nr_shown == 60) {
436                 if (time_before(jiffies, resume)) {
437                         nr_unshown++;
438                         goto out;
439                 }
440                 if (nr_unshown) {
441                         pr_alert(
442                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
443                                 nr_unshown);
444                         nr_unshown = 0;
445                 }
446                 nr_shown = 0;
447         }
448         if (nr_shown++ == 0)
449                 resume = jiffies + 60 * HZ;
450
451         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
452                 current->comm, page_to_pfn(page));
453         __dump_page(page, reason);
454         bad_flags &= page->flags;
455         if (bad_flags)
456                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
457                                                 bad_flags, &bad_flags);
458         dump_page_owner(page);
459
460         print_modules();
461         dump_stack();
462 out:
463         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
464         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
465         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
466 }
467
468 /*
469  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
470  *
471  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
472  *
473  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
474  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
475  *
476  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
477  * page destructors. See compound_page_dtors.
478  *
479  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
480  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
481  */
482
483 void free_compound_page(struct page *page)
484 {
485         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
486 }
487
488 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
489 {
490         int i;
491         int nr_pages = 1 << order;
492
493         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
494         set_compound_order(page, order);
495         __SetPageHead(page);
496         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
497                 struct page *p = page + i;
498                 set_page_count(p, 0);
499                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
500                 set_compound_head(p, page);
501         }
502         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
503 }
504
505 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
506 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
507 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
508                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
509 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
510 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
511
512 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
513 {
514         if (!buf)
515                 return -EINVAL;
516
517         if (strcmp(buf, "on") == 0)
518                 _debug_pagealloc_enabled = true;
519
520         if (strcmp(buf, "off") == 0)
521                 _debug_pagealloc_enabled = false;
522
523         return 0;
524 }
525 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
526
527 static bool need_debug_guardpage(void)
528 {
529         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return false;
532
533         return true;
534 }
535
536 static void init_debug_guardpage(void)
537 {
538         if (!debug_pagealloc_enabled())
539                 return;
540
541         _debug_guardpage_enabled = true;
542 }
543
544 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
545         .need = need_debug_guardpage,
546         .init = init_debug_guardpage,
547 };
548
549 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
550 {
551         unsigned long res;
552
553         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
554                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
555                 return 0;
556         }
557         _debug_guardpage_minorder = res;
558         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
559         return 0;
560 }
561 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
562
563 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
573
574         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
575         set_page_private(page, order);
576         /* Guard pages are not available for any usage */
577         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
578 }
579
580 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
581                                 unsigned int order, int migratetype)
582 {
583         struct page_ext *page_ext;
584
585         if (!debug_guardpage_enabled())
586                 return;
587
588         page_ext = lookup_page_ext(page);
589         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
590
591         set_page_private(page, 0);
592         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
593                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
594 }
595 #else
596 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
597 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
598                                 unsigned int order, int migratetype) {}
599 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
600                                 unsigned int order, int migratetype) {}
601 #endif
602
603 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
604 {
605         set_page_private(page, order);
606         __SetPageBuddy(page);
607 }
608
609 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
610 {
611         __ClearPageBuddy(page);
612         set_page_private(page, 0);
613 }
614
615 /*
616  * This function checks whether a page is free && is the buddy
617  * we can do coalesce a page and its buddy if
618  * (a) the buddy is not in a hole &&
619  * (b) the buddy is in the buddy system &&
620  * (c) a page and its buddy have the same order &&
621  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
622  *
623  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
624  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
625  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
626  * serialized by zone->lock.
627  *
628  * For recording page's order, we use page_private(page).
629  */
630 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
631                                                         unsigned int order)
632 {
633         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
634                 return 0;
635
636         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
637                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
638                         return 0;
639
640                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
641
642                 return 1;
643         }
644
645         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
646                 /*
647                  * zone check is done late to avoid uselessly
648                  * calculating zone/node ids for pages that could
649                  * never merge.
650                  */
651                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
652                         return 0;
653
654                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
655
656                 return 1;
657         }
658         return 0;
659 }
660
661 /*
662  * Freeing function for a buddy system allocator.
663  *
664  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
665  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
666  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
667  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
668  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
669  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
670  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
671  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
672  * parts of the VM system.
673  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
674  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
675  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
676  * field.
677  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
678  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
679  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
680  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
681  * triggers coalescing into a block of larger size.
682  *
683  * -- nyc
684  */
685
686 static inline void __free_one_page(struct page *page,
687                 unsigned long pfn,
688                 struct zone *zone, unsigned int order,
689                 int migratetype)
690 {
691         unsigned long page_idx;
692         unsigned long combined_idx;
693         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
694         struct page *buddy;
695         unsigned int max_order;
696
697         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
698
699         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
700         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
701
702         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
703         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
704                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
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 continue_merging:
712         while (order < max_order - 1) {
713                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
714                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
715                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
716                         goto done_merging;
717                 /*
718                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
719                  * merge with it and move up one order.
720                  */
721                 if (page_is_guard(buddy)) {
722                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
723                 } else {
724                         list_del(&buddy->lru);
725                         zone->free_area[order].nr_free--;
726                         rmv_page_order(buddy);
727                 }
728                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
729                 page = page + (combined_idx - page_idx);
730                 page_idx = combined_idx;
731                 order++;
732         }
733         if (max_order < MAX_ORDER) {
734                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
735                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
736                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
737                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
738                  *
739                  * We don't want to hit this code for the more frequent
740                  * low-order merging.
741                  */
742                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
743                         int buddy_mt;
744
745                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
746                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
747                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
748
749                         if (migratetype != buddy_mt
750                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
751                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
752                                 goto done_merging;
753                 }
754                 max_order++;
755                 goto continue_merging;
756         }
757
758 done_merging:
759         set_page_order(page, order);
760
761         /*
762          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
763          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
764          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
765          * that is happening, add the free page to the tail of the list
766          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
767          * as a higher order page
768          */
769         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
770                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
771                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
772                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
773                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
774                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
775                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
776                         list_add_tail(&page->lru,
777                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
778                         goto out;
779                 }
780         }
781
782         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
783 out:
784         zone->free_area[order].nr_free++;
785 }
786
787 static inline int free_pages_check(struct page *page)
788 {
789         const char *bad_reason = NULL;
790         unsigned long bad_flags = 0;
791
792         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
793                 bad_reason = "nonzero mapcount";
794         if (unlikely(page->mapping != NULL))
795                 bad_reason = "non-NULL mapping";
796         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
797                 bad_reason = "nonzero _refcount";
798         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
799                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
800                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
801         }
802 #ifdef CONFIG_MEMCG
803         if (unlikely(page->mem_cgroup))
804                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
805 #endif
806         if (unlikely(bad_reason)) {
807                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
808                 return 1;
809         }
810         page_cpupid_reset_last(page);
811         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
812                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
813         return 0;
814 }
815
816 /*
817  * Frees a number of pages from the PCP lists
818  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
819  * count is the number of pages to free.
820  *
821  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
822  * see if this freeing clears that state.
823  *
824  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
825  * pinned" detection logic.
826  */
827 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
828                                         struct per_cpu_pages *pcp)
829 {
830         int migratetype = 0;
831         int batch_free = 0;
832         int to_free = count;
833         unsigned long nr_scanned;
834
835         spin_lock(&zone->lock);
836         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
837         if (nr_scanned)
838                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
839
840         while (to_free) {
841                 struct page *page;
842                 struct list_head *list;
843
844                 /*
845                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
846                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
847                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
848                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
849                  * lists
850                  */
851                 do {
852                         batch_free++;
853                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
854                                 migratetype = 0;
855                         list = &pcp->lists[migratetype];
856                 } while (list_empty(list));
857
858                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
859                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
860                         batch_free = to_free;
861
862                 do {
863                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
864
865                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
866                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
867                         list_del(&page->lru);
868
869                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
870                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
871                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
872                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
873                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
874                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
875
876                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
877                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
878                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
879         }
880         spin_unlock(&zone->lock);
881 }
882
883 static void free_one_page(struct zone *zone,
884                                 struct page *page, unsigned long pfn,
885                                 unsigned int order,
886                                 int migratetype)
887 {
888         unsigned long nr_scanned;
889         spin_lock(&zone->lock);
890         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
891         if (nr_scanned)
892                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
893
894         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
895                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
896                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
897         }
898         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
899         spin_unlock(&zone->lock);
900 }
901
902 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
903 {
904         int ret = 1;
905
906         /*
907          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
908          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
909          */
910         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
911
912         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
913                 ret = 0;
914                 goto out;
915         }
916         switch (page - head_page) {
917         case 1:
918                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
919                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
920                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
921                         goto out;
922                 }
923                 break;
924         case 2:
925                 /*
926                  * the second tail page: ->mapping is
927                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
928                  */
929                 break;
930         default:
931                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
932                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
933                         goto out;
934                 }
935                 break;
936         }
937         if (unlikely(!PageTail(page))) {
938                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
939                 goto out;
940         }
941         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
942                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
943                 goto out;
944         }
945         ret = 0;
946 out:
947         page->mapping = NULL;
948         clear_compound_head(page);
949         return ret;
950 }
951
952 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
953                                 unsigned long zone, int nid)
954 {
955         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
956         init_page_count(page);
957         page_mapcount_reset(page);
958         page_cpupid_reset_last(page);
959
960         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
961 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
962         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
963         if (!is_highmem_idx(zone))
964                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
965 #endif
966 }
967
968 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
969                                         int nid)
970 {
971         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
972 }
973
974 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
975 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
976 {
977         pg_data_t *pgdat;
978         int nid, zid;
979
980         if (!early_page_uninitialised(pfn))
981                 return;
982
983         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
984         pgdat = NODE_DATA(nid);
985
986         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
987                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
988
989                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
990                         break;
991         }
992         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
993 }
994 #else
995 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
996 {
997 }
998 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
999
1000 /*
1001  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1002  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1003  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1004  * sent to the buddy page allocator.
1005  */
1006 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1007 {
1008         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1009         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1010
1011         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1012                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1013                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1014
1015                         init_reserved_page(start_pfn);
1016
1017                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1018                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1019
1020                         SetPageReserved(page);
1021                 }
1022         }
1023 }
1024
1025 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1026 {
1027         int bad = 0;
1028
1029         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1030
1031         trace_mm_page_free(page, order);
1032         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1033         kasan_free_pages(page, order);
1034
1035         /*
1036          * Check tail pages before head page information is cleared to
1037          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1038          */
1039         if (unlikely(order)) {
1040                 bool compound = PageCompound(page);
1041                 int i;
1042
1043                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1044
1045                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1046                         if (compound)
1047                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1048                         bad += free_pages_check(page + i);
1049                 }
1050         }
1051         if (PageAnonHead(page))
1052                 page->mapping = NULL;
1053         bad += free_pages_check(page);
1054         if (bad)
1055                 return false;
1056
1057         reset_page_owner(page, order);
1058
1059         if (!PageHighMem(page)) {
1060                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1061                                            PAGE_SIZE << order);
1062                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1063                                            PAGE_SIZE << order);
1064         }
1065         arch_free_page(page, order);
1066         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1067         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1068
1069         return true;
1070 }
1071
1072 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1073 {
1074         unsigned long flags;
1075         int migratetype;
1076         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1077
1078         if (!free_pages_prepare(page, order))
1079                 return;
1080
1081         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1082         local_irq_save(flags);
1083         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1084         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1085         local_irq_restore(flags);
1086 }
1087
1088 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1089 {
1090         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1091         struct page *p = page;
1092         unsigned int loop;
1093
1094         prefetchw(p);
1095         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1096                 prefetchw(p + 1);
1097                 __ClearPageReserved(p);
1098                 set_page_count(p, 0);
1099         }
1100         __ClearPageReserved(p);
1101         set_page_count(p, 0);
1102
1103         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1104         set_page_refcounted(page);
1105         __free_pages(page, order);
1106 }
1107
1108 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1109         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1110
1111 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1112
1113 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1114 {
1115         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1116         int nid;
1117
1118         spin_lock(&early_pfn_lock);
1119         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1120         if (nid < 0)
1121                 nid = 0;
1122         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1123
1124         return nid;
1125 }
1126 #endif
1127
1128 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1129 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1130                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1131 {
1132         int nid;
1133
1134         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1135         if (nid >= 0 && nid != node)
1136                 return false;
1137         return true;
1138 }
1139
1140 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1141 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1142 {
1143         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1144 }
1145
1146 #else
1147
1148 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1149 {
1150         return true;
1151 }
1152 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1153                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1154 {
1155         return true;
1156 }
1157 #endif
1158
1159
1160 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1161                                                         unsigned int order)
1162 {
1163         if (early_page_uninitialised(pfn))
1164                 return;
1165         return __free_pages_boot_core(page, order);
1166 }
1167
1168 /*
1169  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1170  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1171  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1172  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1173  * pageblocks.
1174  *
1175  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1176  *
1177  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1178  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1179  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1180  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1181  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1182  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1183  * page in a pageblock.
1184  */
1185 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1186                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1187 {
1188         struct page *start_page;
1189         struct page *end_page;
1190
1191         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1192         end_pfn--;
1193
1194         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1195                 return NULL;
1196
1197         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1198
1199         if (page_zone(start_page) != zone)
1200                 return NULL;
1201
1202         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1203
1204         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1205         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1206                 return NULL;
1207
1208         return start_page;
1209 }
1210
1211 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1212 {
1213         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1214         unsigned long block_end_pfn;
1215
1216         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1217         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1218                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1219                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1220
1221                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1222
1223                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1224                                              block_end_pfn, zone))
1225                         return;
1226         }
1227
1228         /* We confirm that there is no hole */
1229         zone->contiguous = true;
1230 }
1231
1232 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1233 {
1234         zone->contiguous = false;
1235 }
1236
1237 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1238 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1239                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1240 {
1241         int i;
1242
1243         if (!page)
1244                 return;
1245
1246         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1247         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1248             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1249                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1250                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1251                 return;
1252         }
1253
1254         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1255                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1256 }
1257
1258 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1259 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1260 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1261
1262 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1263 {
1264         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1265                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1266 }
1267
1268 /* Initialise remaining memory on a node */
1269 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1270 {
1271         pg_data_t *pgdat = data;
1272         int nid = pgdat->node_id;
1273         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1274         unsigned long start = jiffies;
1275         unsigned long nr_pages = 0;
1276         unsigned long walk_start, walk_end;
1277         int i, zid;
1278         struct zone *zone;
1279         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1280         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1281
1282         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1283                 pgdat_init_report_one_done();
1284                 return 0;
1285         }
1286
1287         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1288         if (!cpumask_empty(cpumask))
1289                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1290
1291         /* Sanity check boundaries */
1292         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1293         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1294         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1295
1296         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1297         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1298                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1299                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1300                         break;
1301         }
1302
1303         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1304                 unsigned long pfn, end_pfn;
1305                 struct page *page = NULL;
1306                 struct page *free_base_page = NULL;
1307                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1308                 int nr_to_free = 0;
1309
1310                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1311                 pfn = first_init_pfn;
1312                 if (pfn < walk_start)
1313                         pfn = walk_start;
1314                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1315                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1316
1317                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1318                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1319                                 goto free_range;
1320
1321                         /*
1322                          * Ensure pfn_valid is checked every
1323                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1324                          */
1325                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1326                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1327                                         page = NULL;
1328                                         goto free_range;
1329                                 }
1330                         }
1331
1332                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1333                                 page = NULL;
1334                                 goto free_range;
1335                         }
1336
1337                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1338                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1339                                 page++;
1340                         } else {
1341                                 nr_pages += nr_to_free;
1342                                 deferred_free_range(free_base_page,
1343                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1344                                 free_base_page = NULL;
1345                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1346
1347                                 page = pfn_to_page(pfn);
1348                                 cond_resched();
1349                         }
1350
1351                         if (page->flags) {
1352                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1353                                 goto free_range;
1354                         }
1355
1356                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1357                         if (!free_base_page) {
1358                                 free_base_page = page;
1359                                 free_base_pfn = pfn;
1360                                 nr_to_free = 0;
1361                         }
1362                         nr_to_free++;
1363
1364                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1365                         continue;
1366 free_range:
1367                         /* Free the current block of pages to allocator */
1368                         nr_pages += nr_to_free;
1369                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1370                                                                 nr_to_free);
1371                         free_base_page = NULL;
1372                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1373                 }
1374
1375                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1376         }
1377
1378         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1379         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1380
1381         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1382                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1383
1384         pgdat_init_report_one_done();
1385         return 0;
1386 }
1387 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1388
1389 void __init page_alloc_init_late(void)
1390 {
1391         struct zone *zone;
1392
1393 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1394         int nid;
1395
1396         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1397         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1398         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1399                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1400         }
1401
1402         /* Block until all are initialised */
1403         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1404
1405         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1406         files_maxfiles_init();
1407 #endif
1408
1409         for_each_populated_zone(zone)
1410                 set_zone_contiguous(zone);
1411 }
1412
1413 #ifdef CONFIG_CMA
1414 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1415 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1416 {
1417         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1418         struct page *p = page;
1419
1420         do {
1421                 __ClearPageReserved(p);
1422                 set_page_count(p, 0);
1423         } while (++p, --i);
1424
1425         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1426
1427         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1428                 i = pageblock_nr_pages;
1429                 p = page;
1430                 do {
1431                         set_page_refcounted(p);
1432                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1433                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1434                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1435         } else {
1436                 set_page_refcounted(page);
1437                 __free_pages(page, pageblock_order);
1438         }
1439
1440         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1441 }
1442 #endif
1443
1444 /*
1445  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1446  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1447  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1448  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1449  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1450  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1451  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1452  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1453  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1454  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1455  *
1456  * -- nyc
1457  */
1458 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1459         int low, int high, struct free_area *area,
1460         int migratetype)
1461 {
1462         unsigned long size = 1 << high;
1463
1464         while (high > low) {
1465                 area--;
1466                 high--;
1467                 size >>= 1;
1468                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1469
1470                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1471                         debug_guardpage_enabled() &&
1472                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1473                         /*
1474                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1475                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1476                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1477                          * pages will stay not present in virtual address space
1478                          */
1479                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1480                         continue;
1481                 }
1482                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1483                 area->nr_free++;
1484                 set_page_order(&page[size], high);
1485         }
1486 }
1487
1488 /*
1489  * This page is about to be returned from the page allocator
1490  */
1491 static inline int check_new_page(struct page *page)
1492 {
1493         const char *bad_reason = NULL;
1494         unsigned long bad_flags = 0;
1495
1496         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1497                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1498         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1499                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1500         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1501                 bad_reason = "nonzero _count";
1502         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1503                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1504                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1505         }
1506         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1507                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1508                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1509         }
1510 #ifdef CONFIG_MEMCG
1511         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1512                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1513 #endif
1514         if (unlikely(bad_reason)) {
1515                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1516                 return 1;
1517         }
1518         return 0;
1519 }
1520
1521 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1522 {
1523         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1524                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1525 }
1526
1527 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1528                                                         unsigned int alloc_flags)
1529 {
1530         int i;
1531         bool poisoned = true;
1532
1533         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1534                 struct page *p = page + i;
1535                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1536                         return 1;
1537                 if (poisoned)
1538                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1539         }
1540
1541         set_page_private(page, 0);
1542         set_page_refcounted(page);
1543
1544         arch_alloc_page(page, order);
1545         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1546         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1547         kasan_alloc_pages(page, order);
1548
1549         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1550                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1551                         clear_highpage(page + i);
1552
1553         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1554                 prep_compound_page(page, order);
1555
1556         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1557
1558         /*
1559          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1560          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1561          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1562          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1563          */
1564         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1565                 set_page_pfmemalloc(page);
1566         else
1567                 clear_page_pfmemalloc(page);
1568
1569         return 0;
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1574  * the smallest available page from the freelists
1575  */
1576 static inline
1577 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1578                                                 int migratetype)
1579 {
1580         unsigned int current_order;
1581         struct free_area *area;
1582         struct page *page;
1583
1584         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1585         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1586                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1587                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1588                                                         struct page, lru);
1589                 if (!page)
1590                         continue;
1591                 list_del(&page->lru);
1592                 rmv_page_order(page);
1593                 area->nr_free--;
1594                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1595                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1596                 return page;
1597         }
1598
1599         return NULL;
1600 }
1601
1602
1603 /*
1604  * This array describes the order lists are fallen back to when
1605  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1606  */
1607 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1608         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1609         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1610         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1611 #ifdef CONFIG_CMA
1612         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1613 #endif
1614 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1615         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1616 #endif
1617 };
1618
1619 #ifdef CONFIG_CMA
1620 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1621                                         unsigned int order)
1622 {
1623         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1624 }
1625 #else
1626 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1627                                         unsigned int order) { return NULL; }
1628 #endif
1629
1630 /*
1631  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1632  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1633  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1634  */
1635 int move_freepages(struct zone *zone,
1636                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1637                           int migratetype)
1638 {
1639         struct page *page;
1640         unsigned int order;
1641         int pages_moved = 0;
1642
1643 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1644         /*
1645          * page_zone is not safe to call in this context when
1646          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1647          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1648          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1649          * grouping pages by mobility
1650          */
1651         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1652 #endif
1653
1654         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1655                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1656                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1657
1658                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1659                         page++;
1660                         continue;
1661                 }
1662
1663                 if (!PageBuddy(page)) {
1664                         page++;
1665                         continue;
1666                 }
1667
1668                 order = page_order(page);
1669                 list_move(&page->lru,
1670                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1671                 page += 1 << order;
1672                 pages_moved += 1 << order;
1673         }
1674
1675         return pages_moved;
1676 }
1677
1678 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1679                                 int migratetype)
1680 {
1681         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1682         struct page *start_page, *end_page;
1683
1684         start_pfn = page_to_pfn(page);
1685         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1686         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1687         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1688         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1689
1690         /* Do not cross zone boundaries */
1691         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1692                 start_page = page;
1693         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1694                 return 0;
1695
1696         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1697 }
1698
1699 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1700                                         int start_order, int migratetype)
1701 {
1702         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1703
1704         while (nr_pageblocks--) {
1705                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1706                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1707         }
1708 }
1709
1710 /*
1711  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1712  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1713  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1714  *
1715  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1716  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1717  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1718  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1719  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1720  * pageblocks.
1721  */
1722 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1723 {
1724         /*
1725          * Leaving this order check is intended, although there is
1726          * relaxed order check in next check. The reason is that
1727          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1728          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1729          * so could be changed anytime.
1730          */
1731         if (order >= pageblock_order)
1732                 return true;
1733
1734         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1735                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1736                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1737                 page_group_by_mobility_disabled)
1738                 return true;
1739
1740         return false;
1741 }
1742
1743 /*
1744  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1745  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1746  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1747  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1748  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1749  */
1750 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1751                                                           int start_type)
1752 {
1753         unsigned int current_order = page_order(page);
1754         int pages;
1755
1756         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1757         if (current_order >= pageblock_order) {
1758                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1759                 return;
1760         }
1761
1762         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1763
1764         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1765         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1766                         page_group_by_mobility_disabled)
1767                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1772  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1773  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1774  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1775  */
1776 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1777                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1778 {
1779         int i;
1780         int fallback_mt;
1781
1782         if (area->nr_free == 0)
1783                 return -1;
1784
1785         *can_steal = false;
1786         for (i = 0;; i++) {
1787                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1788                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1789                         break;
1790
1791                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1792                         continue;
1793
1794                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1795                         *can_steal = true;
1796
1797                 if (!only_stealable)
1798                         return fallback_mt;
1799
1800                 if (*can_steal)
1801                         return fallback_mt;
1802         }
1803
1804         return -1;
1805 }
1806
1807 /*
1808  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1809  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1810  */
1811 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1812                                 unsigned int alloc_order)
1813 {
1814         int mt;
1815         unsigned long max_managed, flags;
1816
1817         /*
1818          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1819          * Check is race-prone but harmless.
1820          */
1821         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1822         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1823                 return;
1824
1825         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1826
1827         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1828         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1829                 goto out_unlock;
1830
1831         /* Yoink! */
1832         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1833         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1834                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1835                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1836                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1837                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1838         }
1839
1840 out_unlock:
1841         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1842 }
1843
1844 /*
1845  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1846  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1847  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1848  * to recover from than an OOM.
1849  */
1850 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1851 {
1852         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1853         unsigned long flags;
1854         struct zoneref *z;
1855         struct zone *zone;
1856         struct page *page;
1857         int order;
1858
1859         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1860                                                                 ac->nodemask) {
1861                 /* Preserve at least one pageblock */
1862                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1863                         continue;
1864
1865                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1866                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1867                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1868
1869                         page = list_first_entry_or_null(
1870                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1871                                         struct page, lru);
1872                         if (!page)
1873                                 continue;
1874
1875                         /*
1876                          * It should never happen but changes to locking could
1877                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1878                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1879                          * and watch for underflows.
1880                          */
1881                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1882                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1883
1884                         /*
1885                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1886                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1887                          * is doing the work and needs the pages. More
1888                          * importantly, if the block was always converted to
1889                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1890                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1891                          * may increase.
1892                          */
1893                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1894                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1895                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1896                         return;
1897                 }
1898                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1899         }
1900 }
1901
1902 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1903 static inline struct page *
1904 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1905 {
1906         struct free_area *area;
1907         unsigned int current_order;
1908         struct page *page;
1909         int fallback_mt;
1910         bool can_steal;
1911
1912         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1913         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1914                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1915                                 --current_order) {
1916                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1917                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1918                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1919                 if (fallback_mt == -1)
1920                         continue;
1921
1922                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1923                                                 struct page, lru);
1924                 if (can_steal)
1925                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1926
1927                 /* Remove the page from the freelists */
1928                 area->nr_free--;
1929                 list_del(&page->lru);
1930                 rmv_page_order(page);
1931
1932                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1933                                         start_migratetype);
1934                 /*
1935                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1936                  * migratetype depending on the decisions in
1937                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1938                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1939                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1940                  */
1941                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1942
1943                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1944                         start_migratetype, fallback_mt);
1945
1946                 return page;
1947         }
1948
1949         return NULL;
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1954  * Call me with the zone->lock already held.
1955  */
1956 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1957                                 int migratetype)
1958 {
1959         struct page *page;
1960
1961         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1962         if (unlikely(!page)) {
1963                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1964                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1965
1966                 if (!page)
1967                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1968         }
1969
1970         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1971         return page;
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1976  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1977  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1978  */
1979 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1980                         unsigned long count, struct list_head *list,
1981                         int migratetype, bool cold)
1982 {
1983         int i;
1984
1985         spin_lock(&zone->lock);
1986         for (i = 0; i < count; ++i) {
1987                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1988                 if (unlikely(page == NULL))
1989                         break;
1990
1991                 /*
1992                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1993                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1994                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1995                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1996                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1997                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1998                  * properly.
1999                  */
2000                 if (likely(!cold))
2001                         list_add(&page->lru, list);
2002                 else
2003                         list_add_tail(&page->lru, list);
2004                 list = &page->lru;
2005                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2006                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2007                                               -(1 << order));
2008         }
2009         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2010         spin_unlock(&zone->lock);
2011         return i;
2012 }
2013
2014 #ifdef CONFIG_NUMA
2015 /*
2016  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2017  * currently executing processor on remote nodes after they have
2018  * expired.
2019  *
2020  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2021  * a single processor.
2022  */
2023 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2024 {
2025         unsigned long flags;
2026         int to_drain, batch;
2027
2028         local_irq_save(flags);
2029         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2030         to_drain = min(pcp->count, batch);
2031         if (to_drain > 0) {
2032                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2033                 pcp->count -= to_drain;
2034         }
2035         local_irq_restore(flags);
2036 }
2037 #endif
2038
2039 /*
2040  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2041  *
2042  * The processor must either be the current processor and the
2043  * thread pinned to the current processor or a processor that
2044  * is not online.
2045  */
2046 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2047 {
2048         unsigned long flags;
2049         struct per_cpu_pageset *pset;
2050         struct per_cpu_pages *pcp;
2051
2052         local_irq_save(flags);
2053         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2054
2055         pcp = &pset->pcp;
2056         if (pcp->count) {
2057                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2058                 pcp->count = 0;
2059         }
2060         local_irq_restore(flags);
2061 }
2062
2063 /*
2064  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2065  *
2066  * The processor must either be the current processor and the
2067  * thread pinned to the current processor or a processor that
2068  * is not online.
2069  */
2070 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2071 {
2072         struct zone *zone;
2073
2074         for_each_populated_zone(zone) {
2075                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2076         }
2077 }
2078
2079 /*
2080  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2081  *
2082  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2083  * the single zone's pages.
2084  */
2085 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2086 {
2087         int cpu = smp_processor_id();
2088
2089         if (zone)
2090                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2091         else
2092                 drain_pages(cpu);
2093 }
2094
2095 /*
2096  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2097  *
2098  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2099  *
2100  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2101  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2102  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2103  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2104  * before the call to on_each_cpu_mask().
2105  */
2106 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2107 {
2108         int cpu;
2109
2110         /*
2111          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2112          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2113          */
2114         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2115
2116         /*
2117          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2118          * as offline notification will cause the notified
2119          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2120          * disables preemption as part of its processing
2121          */
2122         for_each_online_cpu(cpu) {
2123                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2124                 struct zone *z;
2125                 bool has_pcps = false;
2126
2127                 if (zone) {
2128                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2129                         if (pcp->pcp.count)
2130                                 has_pcps = true;
2131                 } else {
2132                         for_each_populated_zone(z) {
2133                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2134                                 if (pcp->pcp.count) {
2135                                         has_pcps = true;
2136                                         break;
2137                                 }
2138                         }
2139                 }
2140
2141                 if (has_pcps)
2142                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2143                 else
2144                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2145         }
2146         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2147                                                                 zone, 1);
2148 }
2149
2150 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2151
2152 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2153 {
2154         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2155         unsigned long flags;
2156         unsigned int order, t;
2157         struct page *page;
2158
2159         if (zone_is_empty(zone))
2160                 return;
2161
2162         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2163
2164         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2165         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2166                 if (pfn_valid(pfn)) {
2167                         page = pfn_to_page(pfn);
2168
2169                         if (page_zone(page) != zone)
2170                                 continue;
2171
2172                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2173                                 swsusp_unset_page_free(page);
2174                 }
2175
2176         for_each_migratetype_order(order, t) {
2177                 list_for_each_entry(page,
2178                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2179                         unsigned long i;
2180
2181                         pfn = page_to_pfn(page);
2182                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2183                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2184                 }
2185         }
2186         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2187 }
2188 #endif /* CONFIG_PM */
2189
2190 /*
2191  * Free a 0-order page
2192  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2193  */
2194 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2195 {
2196         struct zone *zone = page_zone(page);
2197         struct per_cpu_pages *pcp;
2198         unsigned long flags;
2199         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2200         int migratetype;
2201
2202         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2203                 return;
2204
2205         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2206         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2207         local_irq_save(flags);
2208         __count_vm_event(PGFREE);
2209
2210         /*
2211          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2212          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2213          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2214          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2215          * excessively into the page allocator
2216          */
2217         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2218                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2219                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2220                         goto out;
2221                 }
2222                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2223         }
2224
2225         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2226         if (!cold)
2227                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2228         else
2229                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2230         pcp->count++;
2231         if (pcp->count >= pcp->high) {
2232                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2233                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2234                 pcp->count -= batch;
2235         }
2236
2237 out:
2238         local_irq_restore(flags);
2239 }
2240
2241 /*
2242  * Free a list of 0-order pages
2243  */
2244 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2245 {
2246         struct page *page, *next;
2247
2248         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2249                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2250                 free_hot_cold_page(page, cold);
2251         }
2252 }
2253
2254 /*
2255  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2256  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2257  * Each sub-page must be freed individually.
2258  *
2259  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2260  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2261  */
2262 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2263 {
2264         int i;
2265         gfp_t gfp_mask;
2266
2267         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2268         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2269
2270 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2271         /*
2272          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2273          * otherwise free the whole shadow.
2274          */
2275         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2276                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2277 #endif
2278
2279         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2280         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2281         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2282                 set_page_refcounted(page + i);
2283                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2284         }
2285 }
2286 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2287
2288 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2289 {
2290         unsigned long watermark;
2291         struct zone *zone;
2292         int mt;
2293
2294         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2295
2296         zone = page_zone(page);
2297         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2298
2299         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2300                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2301                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2302                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2303                         return 0;
2304
2305                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2306         }
2307
2308         /* Remove page from free list */
2309         list_del(&page->lru);
2310         zone->free_area[order].nr_free--;
2311         rmv_page_order(page);
2312
2313         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2314
2315         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2316         if (order >= pageblock_order - 1) {
2317                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2318                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2319                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2320                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2321                                 set_pageblock_migratetype(page,
2322                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2323                 }
2324         }
2325
2326
2327         return 1UL << order;
2328 }
2329
2330 /*
2331  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2332  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2333  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2334  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2335  * are enabled.
2336  *
2337  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2338  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2339  */
2340 int split_free_page(struct page *page)
2341 {
2342         unsigned int order;
2343         int nr_pages;
2344
2345         order = page_order(page);
2346
2347         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2348         if (!nr_pages)
2349                 return 0;
2350
2351         /* Split into individual pages */
2352         set_page_refcounted(page);
2353         split_page(page, order);
2354         return nr_pages;
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Update NUMA hit/miss statistics
2359  *
2360  * Must be called with interrupts disabled.
2361  *
2362  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2363  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2364  * memory on behalf of other processes.
2365  */
2366 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2367                                                                 gfp_t flags)
2368 {
2369 #ifdef CONFIG_NUMA
2370         int local_nid = numa_node_id();
2371         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2372
2373         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2374                 local_stat = NUMA_OTHER;
2375                 local_nid = preferred_zone->node;
2376         }
2377
2378         if (z->node == local_nid) {
2379                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2380                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2381         } else {
2382                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2383                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2384         }
2385 #endif
2386 }
2387
2388 /*
2389  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2390  */
2391 static inline
2392 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2393                         struct zone *zone, unsigned int order,
2394                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2395                         int migratetype)
2396 {
2397         unsigned long flags;
2398         struct page *page;
2399         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2400
2401         if (likely(order == 0)) {
2402                 struct per_cpu_pages *pcp;
2403                 struct list_head *list;
2404
2405                 local_irq_save(flags);
2406                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2407                 list = &pcp->lists[migratetype];
2408                 if (list_empty(list)) {
2409                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2410                                         pcp->batch, list,
2411                                         migratetype, cold);
2412                         if (unlikely(list_empty(list)))
2413                                 goto failed;
2414                 }
2415
2416                 if (cold)
2417                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2418                 else
2419                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2420
2421                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2422                 list_del(&page->lru);
2423                 pcp->count--;
2424         } else {
2425                 /*
2426                  * We most definitely don't want callers attempting to
2427                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2428                  */
2429                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2430                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2431
2432                 page = NULL;
2433                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2434                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2435                         if (page)
2436                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2437                 }
2438                 if (!page)
2439                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2440                 spin_unlock(&zone->lock);
2441                 if (!page)
2442                         goto failed;
2443                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2444                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2445                                           get_pcppage_migratetype(page));
2446         }
2447
2448         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2449             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2450                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2451
2452         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2453         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2454         local_irq_restore(flags);
2455
2456         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2457         return page;
2458
2459 failed:
2460         local_irq_restore(flags);
2461         return NULL;
2462 }
2463
2464 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2465
2466 static struct {
2467         struct fault_attr attr;
2468
2469         bool ignore_gfp_highmem;
2470         bool ignore_gfp_reclaim;
2471         u32 min_order;
2472 } fail_page_alloc = {
2473         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2474         .ignore_gfp_reclaim = true,
2475         .ignore_gfp_highmem = true,
2476         .min_order = 1,
2477 };
2478
2479 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2480 {
2481         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2482 }
2483 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2484
2485 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2486 {
2487         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2488                 return false;
2489         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2490                 return false;
2491         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2492                 return false;
2493         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2494                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2495                 return false;
2496
2497         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2498 }
2499
2500 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2501
2502 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2503 {
2504         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2505         struct dentry *dir;
2506
2507         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2508                                         &fail_page_alloc.attr);
2509         if (IS_ERR(dir))
2510                 return PTR_ERR(dir);
2511
2512         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2513                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2514                 goto fail;
2515         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2516                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2517                 goto fail;
2518         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2519                                 &fail_page_alloc.min_order))
2520                 goto fail;
2521
2522         return 0;
2523 fail:
2524         debugfs_remove_recursive(dir);
2525
2526         return -ENOMEM;
2527 }
2528
2529 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2530
2531 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2532
2533 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2534
2535 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2536 {
2537         return false;
2538 }
2539
2540 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2541
2542 /*
2543  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2544  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2545  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2546  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2547  */
2548 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2549                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2550                         unsigned int alloc_flags,
2551                         long free_pages)
2552 {
2553         long min = mark;
2554         int o;
2555         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2556
2557         /* free_pages may go negative - that's OK */
2558         free_pages -= (1 << order) - 1;
2559
2560         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2561                 min -= min / 2;
2562
2563         /*
2564          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2565          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2566          * atomic reserve but it avoids a search.
2567          */
2568         if (likely(!alloc_harder))
2569                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2570         else
2571                 min -= min / 4;
2572
2573 #ifdef CONFIG_CMA
2574         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2575         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2576                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2577 #endif
2578
2579         /*
2580          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2581          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2582          * even if a suitable page happened to be free.
2583          */
2584         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2585                 return false;
2586
2587         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2588         if (!order)
2589                 return true;
2590
2591         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2592         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2593                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2594                 int mt;
2595
2596                 if (!area->nr_free)
2597                         continue;
2598
2599                 if (alloc_harder)
2600                         return true;
2601
2602                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2603                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2604                                 return true;
2605                 }
2606
2607 #ifdef CONFIG_CMA
2608                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2609                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2610                         return true;
2611                 }
2612 #endif
2613         }
2614         return false;
2615 }
2616
2617 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2618                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2619 {
2620         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2621                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2622 }
2623
2624 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2625                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2626 {
2627         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2628
2629         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2630                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2631
2632         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2633                                                                 free_pages);
2634 }
2635
2636 #ifdef CONFIG_NUMA
2637 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2638 {
2639         return local_zone->node == zone->node;
2640 }
2641
2642 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2643 {
2644         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2645                                 RECLAIM_DISTANCE;
2646 }
2647 #else   /* CONFIG_NUMA */
2648 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2649 {
2650         return true;
2651 }
2652
2653 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2654 {
2655         return true;
2656 }
2657 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2658
2659 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2660 {
2661         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2662
2663         do {
2664                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2665                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2666                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2667                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2668         } while (zone++ != preferred_zone);
2669 }
2670
2671 /*
2672  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2673  * a page.
2674  */
2675 static struct page *
2676 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2677                                                 const struct alloc_context *ac)
2678 {
2679         struct zoneref *z;
2680         struct zone *zone;
2681         bool fair_skipped;
2682         bool zonelist_rescan;
2683
2684 zonelist_scan:
2685         zonelist_rescan = false;
2686
2687         /*
2688          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2689          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2690          */
2691         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2692                                                                 ac->nodemask) {
2693                 struct page *page;
2694                 unsigned long mark;
2695
2696                 if (cpusets_enabled() &&
2697                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2698                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2699                                 continue;
2700                 /*
2701                  * Distribute pages in proportion to the individual
2702                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2703                  * page was allocated in should have no effect on the
2704                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2705                  */
2706                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2707                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2708                                 break;
2709                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2710                                 fair_skipped = true;
2711                                 continue;
2712                         }
2713                 }
2714                 /*
2715                  * When allocating a page cache page for writing, we
2716                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2717                  * limit, such that no single zone holds more than its
2718                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2719                  * The dirty limits take into account the zone's
2720                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2721                  * should be able to balance it without having to
2722                  * write pages from its LRU list.
2723                  *
2724                  * This may look like it could increase pressure on
2725                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2726                  * before they are full.  But the pages that do spill
2727                  * over are limited as the lower zones are protected
2728                  * by this very same mechanism.  It should not become
2729                  * a practical burden to them.
2730                  *
2731                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2732                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2733                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2734                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2735                  * zones are together not big enough to reach the
2736                  * global limit.  The proper fix for these situations
2737                  * will require awareness of zones in the
2738                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2739                  */
2740                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2741                         continue;
2742
2743                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2744                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2745                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2746                         int ret;
2747
2748                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2749                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2750                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2751                                 goto try_this_zone;
2752
2753                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2754                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2755                                 continue;
2756
2757                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2758                         switch (ret) {
2759                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2760                                 /* did not scan */
2761                                 continue;
2762                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2763                                 /* scanned but unreclaimable */
2764                                 continue;
2765                         default:
2766                                 /* did we reclaim enough */
2767                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2768                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2769                                         goto try_this_zone;
2770
2771                                 continue;
2772                         }
2773                 }
2774
2775 try_this_zone:
2776                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2777                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2778                 if (page) {
2779                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2780                                 goto try_this_zone;
2781
2782                         /*
2783                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2784                          * if the pageblock should be reserved for the future
2785                          */
2786                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2787                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2788
2789                         return page;
2790                 }
2791         }
2792
2793         /*
2794          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2795          * local node.  However, the local node might have free pages left
2796          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2797          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2798          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2799          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2800          */
2801         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2802                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2803                 if (fair_skipped) {
2804                         zonelist_rescan = true;
2805                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2806                 }
2807                 if (nr_online_nodes > 1)
2808                         zonelist_rescan = true;
2809         }
2810
2811         if (zonelist_rescan)
2812                 goto zonelist_scan;
2813
2814         return NULL;
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2819  * meminfo in irq context.
2820  */
2821 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2822 {
2823         bool ret = false;
2824
2825 #if NODES_SHIFT > 8
2826         ret = in_interrupt();
2827 #endif
2828         return ret;
2829 }
2830
2831 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2832                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2833                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2834
2835 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2836 {
2837         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2838
2839         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2840             debug_guardpage_minorder() > 0)
2841                 return;
2842
2843         /*
2844          * This documents exceptions given to allocations in certain
2845          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2846          * of allowed nodes.
2847          */
2848         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2849                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2850                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2851                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2852         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2853                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2854
2855         if (fmt) {
2856                 struct va_format vaf;
2857                 va_list args;
2858
2859                 va_start(args, fmt);
2860
2861                 vaf.fmt = fmt;
2862                 vaf.va = &args;
2863
2864                 pr_warn("%pV", &vaf);
2865
2866                 va_end(args);
2867         }
2868
2869         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2870                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2871         dump_stack();
2872         if (!should_suppress_show_mem())
2873                 show_mem(filter);
2874 }
2875
2876 static inline struct page *
2877 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2878         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2879 {
2880         struct oom_control oc = {
2881                 .zonelist = ac->zonelist,
2882                 .nodemask = ac->nodemask,
2883                 .gfp_mask = gfp_mask,
2884                 .order = order,
2885         };
2886         struct page *page;
2887
2888         *did_some_progress = 0;
2889
2890         /*
2891          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2892          * making progress for us.
2893          */
2894         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2895                 *did_some_progress = 1;
2896                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2897                 return NULL;
2898         }
2899
2900         /*
2901          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2902          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2903          * we're still under heavy pressure.
2904          */
2905         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2906                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2907         if (page)
2908                 goto out;
2909
2910         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2911                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2912                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2913                         goto out;
2914                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2915                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2916                         goto out;
2917                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2918                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2919                         goto out;
2920                 if (pm_suspended_storage())
2921                         goto out;
2922                 /*
2923                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
2924                  * other request to make a forward progress.
2925                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
2926                  * do much for this context but let's try it to at least get
2927                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
2928                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
2929                  * failures more gracefully we should just bail out here.
2930                  */
2931
2932                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2933                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2934                         goto out;
2935         }
2936         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2937         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2938                 *did_some_progress = 1;
2939
2940                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2941                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2942                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2943                         /*
2944                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2945                          * are depleted
2946                          */
2947                         if (!page)
2948                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2949                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2950                 }
2951         }
2952 out:
2953         mutex_unlock(&oom_lock);
2954         return page;
2955 }
2956
2957 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2958 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2959 static struct page *
2960 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2961                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2962                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2963                 bool *deferred_compaction)
2964 {
2965         unsigned long compact_result;
2966         struct page *page;
2967
2968         if (!order)
2969                 return NULL;
2970
2971         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2972         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2973                                                 mode, contended_compaction);
2974         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2975
2976         switch (compact_result) {
2977         case COMPACT_DEFERRED:
2978                 *deferred_compaction = true;
2979                 /* fall-through */
2980         case COMPACT_SKIPPED:
2981                 return NULL;
2982         default:
2983                 break;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2988          * count a compaction stall
2989          */
2990         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2991
2992         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2993                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2994
2995         if (page) {
2996                 struct zone *zone = page_zone(page);
2997
2998                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2999                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3000                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3001                 return page;
3002         }
3003
3004         /*
3005          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3006          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3007          */
3008         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3009
3010         cond_resched();
3011
3012         return NULL;
3013 }
3014 #else
3015 static inline struct page *
3016 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3017                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3018                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3019                 bool *deferred_compaction)
3020 {
3021         return NULL;
3022 }
3023 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3024
3025 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3026 static int
3027 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3028                                         const struct alloc_context *ac)
3029 {
3030         struct reclaim_state reclaim_state;
3031         int progress;
3032
3033         cond_resched();
3034
3035         /* We now go into synchronous reclaim */
3036         cpuset_memory_pressure_bump();
3037         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3038         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3039         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3040         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3041
3042         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3043                                                                 ac->nodemask);
3044
3045         current->reclaim_state = NULL;
3046         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3047         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3048
3049         cond_resched();
3050
3051         return progress;
3052 }
3053
3054 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3055 static inline struct page *
3056 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3057                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3058                 unsigned long *did_some_progress)
3059 {
3060         struct page *page = NULL;
3061         bool drained = false;
3062
3063         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3064         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3065                 return NULL;
3066
3067 retry:
3068         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3069                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3070
3071         /*
3072          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3073          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3074          * Shrink them them and try again
3075          */
3076         if (!page && !drained) {
3077                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3078                 drain_all_pages(NULL);
3079                 drained = true;
3080                 goto retry;
3081         }
3082
3083         return page;
3084 }
3085
3086 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3087 {
3088         struct zoneref *z;
3089         struct zone *zone;
3090
3091         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3092                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3093                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
3094 }
3095
3096 static inline unsigned int
3097 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3098 {
3099         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3100
3101         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3102         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3103
3104         /*
3105          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3106          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3107          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3108          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3109          */
3110         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3111
3112         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3113                 /*
3114                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3115                  * if it can't schedule.
3116                  */
3117                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3118                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3119                 /*
3120                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3121                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3122                  */
3123                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3124         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3125                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3126
3127         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3128                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3129                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3130                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3131                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3132                 else if (!in_interrupt() &&
3133                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3134                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3135                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3136         }
3137 #ifdef CONFIG_CMA
3138         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3139                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3140 #endif
3141         return alloc_flags;
3142 }
3143
3144 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3145 {
3146         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3147 }
3148
3149 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3150 {
3151         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3152 }
3153
3154 static inline struct page *
3155 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3156                                                 struct alloc_context *ac)
3157 {
3158         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3159         struct page *page = NULL;
3160         unsigned int alloc_flags;
3161         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3162         unsigned long did_some_progress;
3163         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3164         bool deferred_compaction = false;
3165         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3166
3167         /*
3168          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3169          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3170          * be using allocators in order of preference for an area that is
3171          * too large.
3172          */
3173         if (order >= MAX_ORDER) {
3174                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3175                 return NULL;
3176         }
3177
3178         /*
3179          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3180          * callers that are not in atomic context.
3181          */
3182         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3183                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3184                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3185
3186 retry:
3187         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3188                 wake_all_kswapds(order, ac);
3189
3190         /*
3191          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3192          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3193          * to how we want to proceed.
3194          */
3195         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3196
3197         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3198         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3199                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3200         if (page)
3201                 goto got_pg;
3202
3203         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3204         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3205                 /*
3206                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3207                  * the allocation is high priority and these type of
3208                  * allocations are system rather than user orientated
3209                  */
3210                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3211                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3212                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3213                 if (page)
3214                         goto got_pg;
3215         }
3216
3217         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3218         if (!can_direct_reclaim) {
3219                 /*
3220                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3221                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3222                  * to fail.
3223                  */
3224                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3225                 goto nopage;
3226         }
3227
3228         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3229         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3230                 /*
3231                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3232                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3233                  * for somebody to do a work for us.
3234                  */
3235                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3236                         cond_resched();
3237                         goto retry;
3238                 }
3239                 goto nopage;
3240         }
3241
3242         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3243         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3244                 goto nopage;
3245
3246         /*
3247          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3248          * attempts after direct reclaim are synchronous
3249          */
3250         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3251                                         migration_mode,
3252                                         &contended_compaction,
3253                                         &deferred_compaction);
3254         if (page)
3255                 goto got_pg;
3256
3257         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3258         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3259                 /*
3260                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3261                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3262                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3263                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3264                  * instead of entering direct reclaim.
3265                  */
3266                 if (deferred_compaction)
3267                         goto nopage;
3268
3269                 /*
3270                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3271                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3272                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3273                  * so we fallback to base pages instead.
3274                  */
3275                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3276                         goto nopage;
3277
3278                 /*
3279                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3280                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3281                  * khugepaged trying to collapse.
3282                  */
3283                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3284                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3285                         goto nopage;
3286         }
3287
3288         /*
3289          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3290          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3291          * khugepaged trying to collapse.
3292          */
3293         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3294                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3295
3296         /* Try direct reclaim and then allocating */
3297         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3298                                                         &did_some_progress);
3299         if (page)
3300                 goto got_pg;
3301
3302         /* Do not loop if specifically requested */
3303         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3304                 goto noretry;
3305
3306         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3307         pages_reclaimed += did_some_progress;
3308         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3309             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3310                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3311                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3312                 goto retry;
3313         }
3314
3315         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3316         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3317         if (page)
3318                 goto got_pg;
3319
3320         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3321         if (did_some_progress)
3322                 goto retry;
3323
3324 noretry:
3325         /*
3326          * High-order allocations do not necessarily loop after
3327          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3328          * being called after reclaim so call directly if necessary
3329          */
3330         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3331                                             ac, migration_mode,
3332                                             &contended_compaction,
3333                                             &deferred_compaction);
3334         if (page)
3335                 goto got_pg;
3336 nopage:
3337         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3338 got_pg:
3339         return page;
3340 }
3341
3342 /*
3343  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3344  */
3345 struct page *
3346 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3347                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3348 {
3349         struct zoneref *preferred_zoneref;
3350         struct page *page;
3351         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3352         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3353         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3354         struct alloc_context ac = {
3355                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3356                 .zonelist = zonelist,
3357                 .nodemask = nodemask,
3358                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3359         };
3360
3361         if (cpusets_enabled()) {
3362                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3363                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3364                 if (!ac.nodemask)
3365                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3366         }
3367
3368         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3369
3370         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3371
3372         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3373
3374         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3375                 return NULL;
3376
3377         /*
3378          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3379          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3380          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3381          */
3382         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3383                 return NULL;
3384
3385         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3386                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3387
3388 retry_cpuset:
3389         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3390
3391         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3392         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3393
3394         /* The preferred zone is used for statistics later */
3395         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3396                                 ac.nodemask, &ac.preferred_zone);
3397         if (!ac.preferred_zone) {
3398                 page = NULL;
3399                 goto out;
3400         }
3401
3402         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3403
3404         /* First allocation attempt */
3405         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3406         if (unlikely(!page)) {
3407                 /*
3408                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3409                  * can deadlock because I/O on the device might not
3410                  * complete.
3411                  */
3412                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3413                 ac.spread_dirty_pages = false;
3414
3415                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3416         }
3417
3418         if (kmemcheck_enabled && page)
3419                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3420
3421         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3422
3423 out:
3424         /*
3425          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3426          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3427          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3428          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3429          */
3430         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3431                 alloc_mask = gfp_mask;
3432                 goto retry_cpuset;
3433         }
3434
3435         return page;
3436 }
3437 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3438
3439 /*
3440  * Common helper functions.
3441  */
3442 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3443 {
3444         struct page *page;
3445
3446         /*
3447          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3448          * a highmem page
3449          */
3450         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3451
3452         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3453         if (!page)
3454                 return 0;
3455         return (unsigned long) page_address(page);
3456 }
3457 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3458
3459 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3460 {
3461         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3462 }
3463 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3464
3465 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3466 {
3467         if (put_page_testzero(page)) {
3468                 if (order == 0)
3469                         free_hot_cold_page(page, false);
3470                 else
3471                         __free_pages_ok(page, order);
3472         }
3473 }
3474
3475 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3476
3477 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3478 {
3479         if (addr != 0) {
3480                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3481                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3482         }
3483 }
3484
3485 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3486
3487 /*
3488  * Page Fragment:
3489  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3490  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3491  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3492  *
3493  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3494  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3495  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3496  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3497  */
3498 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3499                                        gfp_t gfp_mask)
3500 {
3501         struct page *page = NULL;
3502         gfp_t gfp = gfp_mask;
3503
3504 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3505         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3506                     __GFP_NOMEMALLOC;
3507         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3508                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3509         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3510 #endif
3511         if (unlikely(!page))
3512                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3513
3514         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3515
3516         return page;
3517 }
3518
3519 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3520                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3521 {
3522         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3523         struct page *page;
3524         int offset;
3525
3526         if (unlikely(!nc->va)) {
3527 refill:
3528                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3529                 if (!page)
3530                         return NULL;
3531
3532 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3533                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3534                 size = nc->size;
3535 #endif
3536                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3537                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3538                  */
3539                 page_ref_add(page, size - 1);
3540
3541                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3542                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3543                 nc->pagecnt_bias = size;
3544                 nc->offset = size;
3545         }
3546
3547         offset = nc->offset - fragsz;
3548         if (unlikely(offset < 0)) {
3549                 page = virt_to_page(nc->va);
3550
3551                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3552                         goto refill;
3553
3554 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3555                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3556                 size = nc->size;
3557 #endif
3558                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3559                 set_page_count(page, size);
3560
3561                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3562                 nc->pagecnt_bias = size;
3563                 offset = size - fragsz;
3564         }
3565
3566         nc->pagecnt_bias--;
3567         nc->offset = offset;
3568
3569         return nc->va + offset;
3570 }
3571 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3572
3573 /*
3574  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3575  */
3576 void __free_page_frag(void *addr)
3577 {
3578         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3579
3580         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3581                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3582 }
3583 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3584
3585 /*
3586  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3587  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3588  * equivalent to alloc_pages.
3589  *
3590  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3591  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3592  */
3593 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3594 {
3595         struct page *page;
3596
3597         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3598         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3599                 __free_pages(page, order);
3600                 page = NULL;
3601         }
3602         return page;
3603 }
3604
3605 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3606 {
3607         struct page *page;
3608
3609         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3610         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3611                 __free_pages(page, order);
3612                 page = NULL;
3613         }
3614         return page;
3615 }
3616
3617 /*
3618  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3619  * alloc_kmem_pages.
3620  */
3621 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3622 {
3623         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3624         __free_pages(page, order);
3625 }
3626
3627 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3628 {
3629         if (addr != 0) {
3630                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3631                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3632         }
3633 }
3634
3635 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3636                 size_t size)
3637 {
3638         if (addr) {
3639                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3640                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3641
3642                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3643                 while (used < alloc_end) {
3644                         free_page(used);
3645                         used += PAGE_SIZE;
3646                 }
3647         }
3648         return (void *)addr;
3649 }
3650
3651 /**
3652  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3653  * @size: the number of bytes to allocate
3654  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3655  *
3656  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3657  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3658  * allocate memory in power-of-two pages.
3659  *
3660  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3661  *
3662  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3663  */
3664 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3665 {
3666         unsigned int order = get_order(size);
3667         unsigned long addr;
3668
3669         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3670         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3671 }
3672 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3673
3674 /**
3675  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3676  *                         pages on a node.
3677  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3678  * @size: the number of bytes to allocate
3679  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3680  *
3681  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3682  * back.
3683  */
3684 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3685 {
3686         unsigned int order = get_order(size);
3687         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3688         if (!p)
3689                 return NULL;
3690         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3691 }
3692
3693 /**
3694  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3695  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3696  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3697  *
3698  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3699  */
3700 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3701 {
3702         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3703         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3704
3705         while (addr < end) {
3706                 free_page(addr);
3707                 addr += PAGE_SIZE;
3708         }
3709 }
3710 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3711
3712 /**
3713  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3714  * @offset: The zone index of the highest zone
3715  *
3716  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3717  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3718  * zone, the number of pages is calculated as:
3719  *     managed_pages - high_pages
3720  */
3721 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3722 {
3723         struct zoneref *z;
3724         struct zone *zone;
3725
3726         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3727         unsigned long sum = 0;
3728
3729         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3730
3731         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3732                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3733                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3734                 if (size > high)
3735                         sum += size - high;
3736         }
3737
3738         return sum;
3739 }
3740
3741 /**
3742  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3743  *
3744  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3745  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3746  */
3747 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3748 {
3749         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3750 }
3751 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3752
3753 /**
3754  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3755  *
3756  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3757  * high watermark within all zones.
3758  */
3759 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3760 {
3761         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3762 }
3763
3764 static inline void show_node(struct zone *zone)
3765 {
3766         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3767                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3768 }
3769
3770 long si_mem_available(void)
3771 {
3772         long available;
3773         unsigned long pagecache;
3774         unsigned long wmark_low = 0;
3775         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3776         struct zone *zone;
3777         int lru;
3778
3779         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3780                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3781
3782         for_each_zone(zone)
3783                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3784
3785         /*
3786          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3787          * without causing swapping.
3788          */
3789         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3790
3791         /*
3792          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3793          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3794          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3795          */
3796         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3797         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3798         available += pagecache;
3799
3800         /*
3801          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3802          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3803          */
3804         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3805                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3806
3807         if (available < 0)
3808                 available = 0;
3809         return available;
3810 }
3811 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3812
3813 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3814 {
3815         val->totalram = totalram_pages;
3816         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3817         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3818         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3819         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3820         val->freehigh = nr_free_highpages();
3821         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3822 }
3823
3824 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3825
3826 #ifdef CONFIG_NUMA
3827 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3828 {
3829         int zone_type;          /* needs to be signed */
3830         unsigned long managed_pages = 0;
3831         unsigned long managed_highpages = 0;
3832         unsigned long free_highpages = 0;
3833         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3834
3835         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3836                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3837         val->totalram = managed_pages;
3838         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3839         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3840 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3841         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3842                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
3843
3844                 if (is_highmem(zone)) {
3845                         managed_highpages += zone->managed_pages;
3846                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3847                 }
3848         }
3849         val->totalhigh = managed_highpages;
3850         val->freehigh = free_highpages;
3851 #else
3852         val->totalhigh = managed_highpages;
3853         val->freehigh = free_highpages;
3854 #endif
3855         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3856 }
3857 #endif
3858
3859 /*
3860  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3861  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3862  */
3863 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3864 {
3865         bool ret = false;
3866         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3867
3868         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3869                 goto out;
3870
3871         do {
3872                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3873                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3874         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3875 out:
3876         return ret;
3877 }
3878
3879 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3880
3881 static void show_migration_types(unsigned char type)
3882 {
3883         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3884                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3885                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3886                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3887                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3888 #ifdef CONFIG_CMA
3889                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3890 #endif
3891 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3892                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3893 #endif
3894         };
3895         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3896         char *p = tmp;
3897         int i;
3898
3899         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3900                 if (type & (1 << i))
3901                         *p++ = types[i];
3902         }
3903
3904         *p = '\0';
3905         printk("(%s) ", tmp);
3906 }
3907
3908 /*
3909  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3910  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3911  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3912  *
3913  * Bits in @filter:
3914  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3915  *   cpuset.
3916  */
3917 void show_free_areas(unsigned int filter)
3918 {
3919         unsigned long free_pcp = 0;
3920         int cpu;
3921         struct zone *zone;
3922
3923         for_each_populated_zone(zone) {
3924                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3925                         continue;
3926
3927                 for_each_online_cpu(cpu)
3928                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3929         }
3930
3931         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3932                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3933                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3934                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3935                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3936                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3937                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3938                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3939                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3940                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3941                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3942                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3943                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3944                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3945                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3946                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3947                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3948                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3949                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3950                 global_page_state(NR_SHMEM),
3951                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3952                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3953                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3954                 free_pcp,
3955                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3956
3957         for_each_populated_zone(zone) {
3958                 int i;
3959
3960                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3961                         continue;
3962
3963                 free_pcp = 0;
3964                 for_each_online_cpu(cpu)
3965                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3966
3967                 show_node(zone);
3968                 printk("%s"
3969                         " free:%lukB"
3970                         " min:%lukB"
3971                         " low:%lukB"
3972                         " high:%lukB"
3973                         " active_anon:%lukB"
3974                         " inactive_anon:%lukB"
3975                         " active_file:%lukB"
3976                         " inactive_file:%lukB"
3977                         " unevictable:%lukB"
3978                         " isolated(anon):%lukB"
3979                         " isolated(file):%lukB"
3980                         " present:%lukB"
3981                         " managed:%lukB"
3982                         " mlocked:%lukB"
3983                         " dirty:%lukB"
3984                         " writeback:%lukB"
3985                         " mapped:%lukB"
3986                         " shmem:%lukB"
3987                         " slab_reclaimable:%lukB"
3988                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3989                         " kernel_stack:%lukB"
3990                         " pagetables:%lukB"
3991                         " unstable:%lukB"
3992                         " bounce:%lukB"
3993                         " free_pcp:%lukB"
3994                         " local_pcp:%ukB"
3995                         " free_cma:%lukB"
3996                         " writeback_tmp:%lukB"
3997                         " pages_scanned:%lu"
3998                         " all_unreclaimable? %s"
3999                         "\n",
4000                         zone->name,
4001                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4002                         K(min_wmark_pages(zone)),
4003                         K(low_wmark_pages(zone)),
4004                         K(high_wmark_pages(zone)),
4005                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4006                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4007                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4008                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4009                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4010                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4011                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4012                         K(zone->present_pages),
4013                         K(zone->managed_pages),
4014                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4015                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4016                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4017                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4018                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4019                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4020                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4021                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4022                                 THREAD_SIZE / 1024,
4023                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4024                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4025                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4026                         K(free_pcp),
4027                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4028                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4029                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4030                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4031                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4032                         );
4033                 printk("lowmem_reserve[]:");
4034                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4035                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4036                 printk("\n");
4037         }
4038
4039         for_each_populated_zone(zone) {
4040                 unsigned int order;
4041                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4042                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4043
4044                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4045                         continue;
4046                 show_node(zone);
4047                 printk("%s: ", zone->name);
4048
4049                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4050                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4051                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4052                         int type;
4053
4054                         nr[order] = area->nr_free;
4055                         total += nr[order] << order;
4056
4057                         types[order] = 0;
4058                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4059                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4060                                         types[order] |= 1 << type;
4061                         }
4062                 }
4063                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4064                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4065                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4066                         if (nr[order])
4067                                 show_migration_types(types[order]);
4068                 }
4069                 printk("= %lukB\n", K(total));
4070         }
4071
4072         hugetlb_show_meminfo();
4073
4074         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4075
4076         show_swap_cache_info();
4077 }
4078
4079 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4080 {
4081         zoneref->zone = zone;
4082         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4083 }
4084
4085 /*
4086  * Builds allocation fallback zone lists.
4087  *
4088  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4089  */
4090 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4091                                 int nr_zones)
4092 {
4093         struct zone *zone;
4094         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4095
4096         do {
4097                 zone_type--;
4098                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4099                 if (populated_zone(zone)) {
4100                         zoneref_set_zone(zone,
4101                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4102                         check_highest_zone(zone_type);
4103                 }
4104         } while (zone_type);
4105
4106         return nr_zones;
4107 }
4108
4109
4110 /*
4111  *  zonelist_order:
4112  *  0 = automatic detection of better ordering.
4113  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4114  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4115  *
4116  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4117  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4118  */
4119 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4120 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4121 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4122
4123 /* zonelist order in the kernel.
4124  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4125  */
4126 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4127 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4128
4129
4130 #ifdef CONFIG_NUMA
4131 /* The value user specified ....changed by config */
4132 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4133 /* string for sysctl */
4134 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4135 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4136
4137 /*
4138  * interface for configure zonelist ordering.
4139  * command line option "numa_zonelist_order"
4140  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4141  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4142  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4143  */
4144
4145 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4146 {
4147         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4148                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4149         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4150                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4151         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4152                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4153         } else {
4154                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4155                 return -EINVAL;
4156         }
4157         return 0;
4158 }
4159
4160 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4161 {
4162         int ret;
4163
4164         if (!s)
4165                 return 0;
4166
4167         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4168         if (ret == 0)
4169                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4170
4171         return ret;
4172 }
4173 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4174
4175 /*
4176  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4177  */
4178 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4179                 void __user *buffer, size_t *length,
4180                 loff_t *ppos)
4181 {
4182         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4183         int ret;
4184         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4185
4186         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4187         if (write) {
4188                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4189                         ret = -EINVAL;
4190                         goto out;
4191                 }
4192                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4193         }
4194         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4195         if (ret)
4196                 goto out;
4197         if (write) {
4198                 int oldval = user_zonelist_order;
4199
4200                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4201                 if (ret) {
4202                         /*
4203                          * bogus value.  restore saved string
4204                          */
4205                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4206                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4207                         user_zonelist_order = oldval;
4208                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4209                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4210                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4211                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4212                 }
4213         }
4214 out:
4215         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4216         return ret;
4217 }
4218
4219
4220 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4221 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4222
4223 /**
4224  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4225  * @node: node whose fallback list we're appending
4226  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4227  *
4228  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4229  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4230  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4231  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4232  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4233  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4234  * on them otherwise.
4235  * It returns -1 if no node is found.
4236  */
4237 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4238 {
4239         int n, val;
4240         int min_val = INT_MAX;
4241         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4242         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4243
4244         /* Use the local node if we haven't already */
4245         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4246                 node_set(node, *used_node_mask);
4247                 return node;
4248         }
4249
4250         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4251
4252                 /* Don't want a node to appear more than once */
4253                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4254                         continue;
4255
4256                 /* Use the distance array to find the distance */
4257                 val = node_distance(node, n);
4258
4259                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4260                 val += (n < node);
4261
4262                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4263                 tmp = cpumask_of_node(n);
4264                 if (!cpumask_empty(tmp))
4265                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4266
4267                 /* Slight preference for less loaded node */
4268                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4269                 val += node_load[n];
4270
4271                 if (val < min_val) {
4272                         min_val = val;
4273                         best_node = n;
4274                 }
4275         }
4276
4277         if (best_node >= 0)
4278                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4279
4280         return best_node;
4281 }
4282
4283
4284 /*
4285  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4286  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4287  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4288  */
4289 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4290 {
4291         int j;
4292         struct zonelist *zonelist;
4293
4294         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4295         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4296                 ;
4297         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4298         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4299         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4300 }
4301
4302 /*
4303  * Build gfp_thisnode zonelists
4304  */
4305 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4306 {
4307         int j;
4308         struct zonelist *zonelist;
4309
4310         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4311         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4312         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4313         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4314 }
4315
4316 /*
4317  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4318  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4319  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4320  * may still exist in local DMA zone.
4321  */
4322 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4323
4324 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4325 {
4326         int pos, j, node;
4327         int zone_type;          /* needs to be signed */
4328         struct zone *z;
4329         struct zonelist *zonelist;
4330
4331         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4332         pos = 0;
4333         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4334                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4335                         node = node_order[j];
4336                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4337                         if (populated_zone(z)) {
4338                                 zoneref_set_zone(z,
4339                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4340                                 check_highest_zone(zone_type);
4341                         }
4342                 }
4343         }
4344         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4345         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4346 }
4347
4348 #if defined(CONFIG_64BIT)
4349 /*
4350  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4351  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4352  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4353  */
4354 static int default_zonelist_order(void)
4355 {
4356         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4357 }
4358 #else
4359 /*
4360  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4361  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4362  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4363  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4364  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4365  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4366  */
4367 static int default_zonelist_order(void)
4368 {
4369         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4370 }
4371 #endif /* CONFIG_64BIT */
4372
4373 static void set_zonelist_order(void)
4374 {
4375         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4376                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4377         else
4378                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4379 }
4380
4381 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4382 {
4383         int i, node, load;
4384         nodemask_t used_mask;
4385         int local_node, prev_node;
4386         struct zonelist *zonelist;
4387         unsigned int order = current_zonelist_order;
4388
4389         /* initialize zonelists */
4390         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4391                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4392                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4393                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4394         }
4395
4396         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4397         local_node = pgdat->node_id;
4398         load = nr_online_nodes;
4399         prev_node = local_node;
4400         nodes_clear(used_mask);
4401
4402         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4403         i = 0;
4404
4405         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4406                 /*
4407                  * We don't want to pressure a particular node.
4408                  * So adding penalty to the first node in same
4409                  * distance group to make it round-robin.
4410                  */
4411                 if (node_distance(local_node, node) !=
4412                     node_distance(local_node, prev_node))
4413                         node_load[node] = load;
4414
4415                 prev_node = node;
4416                 load--;
4417                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4418                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4419                 else
4420                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4421         }
4422
4423         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4424                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4425                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4426         }
4427
4428         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4429 }
4430
4431 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4432 /*
4433  * Return node id of node used for "local" allocations.
4434  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4435  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4436  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4437  */
4438 int local_memory_node(int node)
4439 {
4440         struct zone *zone;
4441
4442         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4443                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4444                                    NULL,
4445                                    &zone);
4446         return zone->node;
4447 }
4448 #endif
4449
4450 #else   /* CONFIG_NUMA */
4451
4452 static void set_zonelist_order(void)
4453 {
4454         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4455 }
4456
4457 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4458 {
4459         int node, local_node;
4460         enum zone_type j;
4461         struct zonelist *zonelist;
4462
4463         local_node = pgdat->node_id;
4464
4465         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4466         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4467
4468         /*
4469          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4470          * of all the other nodes.
4471          * We don't want to pressure a particular node, so when
4472          * building the zones for node N, we make sure that the
4473          * zones coming right after the local ones are those from
4474          * node N+1 (modulo N)
4475          */
4476         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4477                 if (!node_online(node))
4478                         continue;
4479                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4480         }
4481         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4482                 if (!node_online(node))
4483                         continue;
4484                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4485         }
4486
4487         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4488         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4489 }
4490
4491 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4492
4493 /*
4494  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4495  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4496  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4497  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4498  * with interrupts disabled.
4499  *
4500  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4501  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4502  * hotplugged processors.
4503  *
4504  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4505  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4506  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4507  */
4508 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4509 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4510 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4511
4512 /*
4513  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4514  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4515  */
4516 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4517
4518 /* return values int ....just for stop_machine() */
4519 static int __build_all_zonelists(void *data)
4520 {
4521         int nid;
4522         int cpu;
4523         pg_data_t *self = data;
4524
4525 #ifdef CONFIG_NUMA
4526         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4527 #endif
4528
4529         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4530                 build_zonelists(self);
4531         }
4532
4533         for_each_online_node(nid) {
4534                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4535
4536                 build_zonelists(pgdat);
4537         }
4538
4539         /*
4540          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4541          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4542          * each zone will be allocated later when the per cpu
4543          * allocator is available.
4544          *
4545          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4546          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4547          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4548          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4549          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4550          * (a chicken-egg dilemma).
4551          */
4552         for_each_possible_cpu(cpu) {
4553                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4554
4555 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4556                 /*
4557                  * We now know the "local memory node" for each node--
4558                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4559                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4560                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4561                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4562                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4563                  */
4564                 if (cpu_online(cpu))
4565                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4566 #endif
4567         }
4568
4569         return 0;
4570 }
4571
4572 static noinline void __init
4573 build_all_zonelists_init(void)
4574 {
4575         __build_all_zonelists(NULL);
4576         mminit_verify_zonelist();
4577         cpuset_init_current_mems_allowed();
4578 }
4579
4580 /*
4581  * Called with zonelists_mutex held always
4582  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4583  *
4584  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4585  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4586  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4587  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4588  */
4589 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4590 {
4591         set_zonelist_order();
4592
4593         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4594                 build_all_zonelists_init();
4595         } else {
4596 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4597                 if (zone)
4598                         setup_zone_pageset(zone);
4599 #endif
4600                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4601                    of zonelist */
4602                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4603                 /* cpuset refresh routine should be here */
4604         }
4605         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4606         /*
4607          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4608          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4609          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4610          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4611          * disabled and enable it later
4612          */
4613         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4614                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4615         else
4616                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4617
4618         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4619                 nr_online_nodes,
4620                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4621                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4622                 vm_total_pages);
4623 #ifdef CONFIG_NUMA
4624         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4625 #endif
4626 }
4627
4628 /*
4629  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4630  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4631  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4632  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4633  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4634  * conservative, even though it seems large.
4635  *
4636  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4637  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4638  */
4639 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4640
4641 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4642 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4643 {
4644         unsigned long size = 1;
4645
4646         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4647
4648         while (size < pages)
4649                 size <<= 1;
4650
4651         /*
4652          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4653          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4654          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4655          */
4656         size = min(size, 4096UL);
4657
4658         return max(size, 4UL);
4659 }
4660 #else
4661 /*
4662  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4663  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4664  *
4665  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4666  *
4667  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4668  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4669  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4670  *
4671  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4672  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4673  *
4674  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4675  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4676  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4677  */
4678 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4679 {
4680         return 4096UL;
4681 }
4682 #endif
4683
4684 /*
4685  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4686  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4687  * hash function before the remainder is taken.
4688  */
4689 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4690 {
4691         return ffz(~size);
4692 }
4693
4694 /*
4695  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4696  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4697  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4698  */
4699 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4700                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4701 {
4702         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4703         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4704         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4705         unsigned long pfn;
4706         unsigned long nr_initialised = 0;
4707 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4708         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4709 #endif
4710
4711         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4712                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4713
4714         /*
4715          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4716          * memory
4717          */
4718         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4719                 start_pfn += altmap->reserve;
4720
4721         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4722                 /*
4723                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4724                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4725                  */
4726                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4727                         goto not_early;
4728
4729                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4730                         continue;
4731                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4732                         continue;
4733                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4734                         break;
4735
4736 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4737                 /*
4738                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4739                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4740                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4741                  */
4742                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4743                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4744                                 continue;
4745
4746                 /*
4747                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4748                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4749                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4750                  */
4751                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4752                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4753                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4754                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4755                                                 break;
4756                                 r = tmp;
4757                         }
4758                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4759                             memblock_is_mirror(r)) {
4760                                 /* already initialized as NORMAL */
4761                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4762                                 continue;
4763                         }
4764                 }
4765 #endif
4766
4767 not_early:
4768                 /*
4769                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4770                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4771                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4772                  * the address space during boot when many long-lived
4773                  * kernel allocations are made.
4774                  *
4775                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4776                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4777                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4778                  * pfn out of zone.
4779                  */
4780                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4781                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4782
4783                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4784                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4785                 } else {
4786                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4787                 }
4788         }
4789 }
4790
4791 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4792 {
4793         unsigned int order, t;
4794         for_each_migratetype_order(order, t) {
4795                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4796                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4797         }
4798 }
4799
4800 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4801 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4802         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4803 #endif
4804
4805 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4806 {
4807 #ifdef CONFIG_MMU
4808         int batch;
4809
4810         /*
4811          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4812          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4813          *
4814          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4815          */
4816         batch = zone->managed_pages / 1024;
4817         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4818                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4819         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4820         if (batch < 1)
4821                 batch = 1;
4822
4823         /*
4824          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4825          * of 2 value was found to be more likely to have
4826          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4827          *
4828          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4829          * batches of pages, one task can end up with a lot
4830          * of pages of one half of the possible page colors
4831          * and the other with pages of the other colors.
4832          */
4833         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4834
4835         return batch;
4836
4837 #else
4838         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4839          * conditions.
4840          *
4841          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4842          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4843          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4844          *
4845          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4846          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4847          * can be a significant delay between the individual batches being
4848          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4849          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4850          */
4851         return 0;
4852 #endif
4853 }
4854
4855 /*
4856  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4857  * ->batch must never be higher then ->high.
4858  * The following function updates them in a safe manner without read side
4859  * locking.
4860  *
4861  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4862  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4863  *
4864  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4865  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4866  * exist).
4867  */
4868 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4869                 unsigned long batch)
4870 {
4871        /* start with a fail safe value for batch */
4872         pcp->batch = 1;
4873         smp_wmb();
4874
4875        /* Update high, then batch, in order */
4876         pcp->high = high;
4877         smp_wmb();
4878
4879         pcp->batch = batch;
4880 }
4881
4882 /* a companion to pageset_set_high() */
4883 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4884 {
4885         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4886 }
4887
4888 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4889 {
4890         struct per_cpu_pages *pcp;
4891         int migratetype;
4892
4893         memset(p, 0, sizeof(*p));
4894
4895         pcp = &p->pcp;
4896         pcp->count = 0;
4897         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4898                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4899 }
4900
4901 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4902 {
4903         pageset_init(p);
4904         pageset_set_batch(p, batch);
4905 }
4906
4907 /*
4908  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4909  * to the value high for the pageset p.
4910  */
4911 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4912                                 unsigned long high)
4913 {
4914         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4915         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4916                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4917
4918         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4919 }
4920
4921 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4922                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4923 {
4924         if (percpu_pagelist_fraction)
4925                 pageset_set_high(pcp,
4926                         (zone->managed_pages /
4927                                 percpu_pagelist_fraction));
4928         else
4929                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4930 }
4931
4932 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4933 {
4934         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4935
4936         pageset_init(pcp);
4937         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4938 }
4939
4940 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4941 {
4942         int cpu;
4943         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4944         for_each_possible_cpu(cpu)
4945                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4946 }
4947
4948 /*
4949  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4950  * Before this call only boot pagesets were available.
4951  */
4952 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4953 {
4954         struct zone *zone;
4955
4956         for_each_populated_zone(zone)
4957                 setup_zone_pageset(zone);
4958 }
4959
4960 static noinline __init_refok
4961 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4962 {
4963         int i;
4964         size_t alloc_size;
4965
4966         /*
4967          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4968          * per zone.
4969          */
4970         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4971                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4972         zone->wait_table_bits =
4973                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4974         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4975                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4976
4977         if (!slab_is_available()) {
4978                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4979                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4980                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4981         } else {
4982                 /*
4983                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4984                  * via memory hot-add.
4985                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4986                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4987                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4988                  * node itself as well.
4989                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4990                  * necessary.
4991                  */
4992                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4993         }
4994         if (!zone->wait_table)
4995                 return -ENOMEM;
4996
4997         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4998                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4999
5000         return 0;
5001 }
5002
5003 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5004 {
5005         /*
5006          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5007          * relies on the ability of the linker to provide the
5008          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5009          */
5010         zone->pageset = &boot_pageset;
5011
5012         if (populated_zone(zone))
5013                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5014                         zone->name, zone->present_pages,
5015                                          zone_batchsize(zone));
5016 }
5017
5018 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5019                                         unsigned long zone_start_pfn,
5020                                         unsigned long size)
5021 {
5022         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5023         int ret;
5024         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5025         if (ret)
5026                 return ret;
5027         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5028
5029         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5030
5031         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5032                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5033                         pgdat->node_id,
5034                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5035                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5036
5037         zone_init_free_lists(zone);
5038
5039         return 0;
5040 }
5041
5042 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5043 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5044
5045 /*
5046  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5047  */
5048 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5049                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5050 {
5051         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5052         int nid;
5053
5054         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5055                 return state->last_nid;
5056
5057         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5058         if (nid != -1) {
5059                 state->last_start = start_pfn;
5060                 state->last_end = end_pfn;
5061                 state->last_nid = nid;
5062         }
5063
5064         return nid;
5065 }
5066 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5067
5068 /**
5069  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5070  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5071  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5072  *
5073  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5074  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5075  * memblock_free_early_nid() manually.
5076  */
5077 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5078 {
5079         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5080         int i, this_nid;
5081
5082         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5083                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5084                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5085
5086                 if (start_pfn < end_pfn)
5087                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5088                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5089                                         this_nid);
5090         }
5091 }
5092
5093 /**
5094  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5095  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5096  *
5097  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5098  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5099  */
5100 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5101 {
5102         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5103         int i, this_nid;
5104
5105         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5106                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5107 }
5108
5109 /**
5110  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5111  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5112  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5113  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5114  *
5115  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5116  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5117  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5118  * PFNs will be 0.
5119  */
5120 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5121                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5122 {
5123         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5124         int i;
5125
5126         *start_pfn = -1UL;
5127         *end_pfn = 0;
5128
5129         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5130                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5131                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5132         }
5133
5134         if (*start_pfn == -1UL)
5135                 *start_pfn = 0;
5136 }
5137
5138 /*
5139  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5140  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5141  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5142  */
5143 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5144 {
5145         int zone_index;
5146         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5147                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5148                         continue;
5149
5150                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5151                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5152                         break;
5153         }
5154
5155         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5156         movable_zone = zone_index;
5157 }
5158
5159 /*
5160  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5161  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5162  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5163  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5164  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5165  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5166  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5167  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5168  */
5169 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5170                                         unsigned long zone_type,
5171                                         unsigned long node_start_pfn,
5172                                         unsigned long node_end_pfn,
5173                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5174                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5175 {
5176         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5177         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5178                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5179                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5180                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5181                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5182                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5183
5184                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5185                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5186                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5187         }
5188 }
5189
5190 /*
5191  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5192  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5193  */
5194 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5195                                         unsigned long zone_type,
5196                                         unsigned long node_start_pfn,
5197                                         unsigned long node_end_pfn,
5198                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5199                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5200                                         unsigned long *ignored)
5201 {
5202         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5203         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5204                 return 0;
5205
5206         /* Get the start and end of the zone */
5207         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5208         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5209         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5210                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5211                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5212
5213         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5214         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5215                 return 0;
5216
5217         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5218         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5219         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5220
5221         /* Return the spanned pages */
5222         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5223 }
5224
5225 /*
5226  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5227  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5228  */
5229 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5230                                 unsigned long range_start_pfn,
5231                                 unsigned long range_end_pfn)
5232 {
5233         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5234         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5235         int i;
5236
5237         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5238                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5239                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5240                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5241         }
5242         return nr_absent;
5243 }
5244
5245 /**
5246  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5247  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5248  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5249  *
5250  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5251  */
5252 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5253                                                         unsigned long end_pfn)
5254 {
5255         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5256 }
5257
5258 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5259 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5260                                         unsigned long zone_type,
5261                                         unsigned long node_start_pfn,
5262                                         unsigned long node_end_pfn,
5263                                         unsigned long *ignored)
5264 {
5265         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5266         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5267         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5268         unsigned long nr_absent;
5269
5270         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5271         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5272                 return 0;
5273
5274         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5275         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5276
5277         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5278                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5279                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5280         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5281
5282         /*
5283          * ZONE_MOVABLE handling.
5284          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5285          * and vice versa.
5286          */
5287         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5288                 if (mirrored_kernelcore) {
5289                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5290                         struct memblock_region *r;
5291
5292                         for_each_memblock(memory, r) {
5293                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5294                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5295                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5296                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5297
5298                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5299                                     memblock_is_mirror(r))
5300                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5301
5302                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5303                                     !memblock_is_mirror(r))
5304                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5305                         }
5306                 } else {
5307                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5308                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5309                 }
5310         }
5311
5312         return nr_absent;
5313 }
5314
5315 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5316 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5317                                         unsigned long zone_type,
5318                                         unsigned long node_start_pfn,
5319                                         unsigned long node_end_pfn,
5320                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5321                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5322                                         unsigned long *zones_size)
5323 {
5324         unsigned int zone;
5325
5326         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5327         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5328                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5329
5330         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5331
5332         return zones_size[zone_type];
5333 }
5334
5335 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5336                                                 unsigned long zone_type,
5337                                                 unsigned long node_start_pfn,
5338                                                 unsigned long node_end_pfn,
5339                                                 unsigned long *zholes_size)
5340 {
5341         if (!zholes_size)
5342                 return 0;
5343
5344         return zholes_size[zone_type];
5345 }
5346
5347 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5348
5349 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5350                                                 unsigned long node_start_pfn,
5351                                                 unsigned long node_end_pfn,
5352                                                 unsigned long *zones_size,
5353                                                 unsigned long *zholes_size)
5354 {
5355         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5356         enum zone_type i;
5357
5358         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5359                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5360                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5361                 unsigned long size, real_size;
5362
5363                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5364                                                   node_start_pfn,
5365                                                   node_end_pfn,
5366                                                   &zone_start_pfn,
5367                                                   &zone_end_pfn,
5368                                                   zones_size);
5369                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5370                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5371                                                   zholes_size);
5372                 if (size)
5373                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5374                 else
5375                         zone->zone_start_pfn = 0;
5376                 zone->spanned_pages = size;
5377                 zone->present_pages = real_size;
5378
5379                 totalpages += size;
5380                 realtotalpages += real_size;
5381         }
5382
5383         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5384         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5385         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5386                                                         realtotalpages);
5387 }
5388
5389 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5390 /*
5391  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5392  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5393  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5394  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5395  * bytes.
5396  */
5397 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5398 {
5399         unsigned long usemapsize;
5400
5401         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5402         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5403         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5404         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5405         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5406
5407         return usemapsize / 8;
5408 }
5409
5410 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5411                                 struct zone *zone,
5412                                 unsigned long zone_start_pfn,
5413                                 unsigned long zonesize)
5414 {
5415         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5416         zone->pageblock_flags = NULL;
5417         if (usemapsize)
5418                 zone->pageblock_flags =
5419                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5420                                                          pgdat->node_id);
5421 }
5422 #else
5423 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5424                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5425 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5426
5427 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5428
5429 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5430 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5431 {
5432         unsigned int order;
5433
5434         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5435         if (pageblock_order)
5436                 return;
5437
5438         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5439                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5440         else
5441                 order = MAX_ORDER - 1;
5442
5443         /*
5444          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5445          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5446          * powerpc.
5447          */
5448         pageblock_order = order;
5449 }
5450 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5451
5452 /*
5453  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5454  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5455  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5456  * the kernel config
5457  */
5458 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5459 {
5460 }
5461
5462 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5463
5464 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5465                                                    unsigned long present_pages)
5466 {
5467         unsigned long pages = spanned_pages;
5468
5469         /*
5470          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5471          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5472          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5473          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5474          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5475          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5476          */
5477         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5478             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5479                 pages = present_pages;
5480
5481         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5482 }
5483
5484 /*
5485  * Set up the zone data structures:
5486  *   - mark all pages reserved
5487  *   - mark all memory queues empty
5488  *   - clear the memory bitmaps
5489  *
5490  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5491  */
5492 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5493 {
5494         enum zone_type j;
5495         int nid = pgdat->node_id;
5496         int ret;
5497
5498         pgdat_resize_init(pgdat);
5499 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5500         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5501         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5502         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5503 #endif
5504 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5505         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5506         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5507         pgdat->split_queue_len = 0;
5508 #endif
5509         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5510         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5511 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5512         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5513 #endif
5514         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5515
5516         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5517                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5518                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5519                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5520
5521                 size = zone->spanned_pages;
5522                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5523
5524                 /*
5525                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5526                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5527                  * and per-cpu initialisations
5528                  */
5529                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5530                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5531                         if (freesize >= memmap_pages) {
5532                                 freesize -= memmap_pages;
5533                                 if (memmap_pages)
5534                                         printk(KERN_DEBUG
5535                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5536                                                zone_names[j], memmap_pages);
5537                         } else
5538                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5539                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5540                 }
5541
5542                 /* Account for reserved pages */
5543                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5544                         freesize -= dma_reserve;
5545                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5546                                         zone_names[0], dma_reserve);
5547                 }
5548
5549                 if (!is_highmem_idx(j))
5550                         nr_kernel_pages += freesize;
5551                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5552                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5553                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5554                 nr_all_pages += freesize;
5555
5556                 /*
5557                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5558                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5559                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5560                  */
5561                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5562 #ifdef CONFIG_NUMA
5563                 zone->node = nid;
5564                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5565                                                 / 100;
5566                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5567 #endif
5568                 zone->name = zone_names[j];
5569                 spin_lock_init(&zone->lock);
5570                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5571                 zone_seqlock_init(zone);
5572                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5573                 zone_pcp_init(zone);
5574
5575                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5576                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5577
5578                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5579                 if (!size)
5580                         continue;
5581
5582                 set_pageblock_order();
5583                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5584                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5585                 BUG_ON(ret);
5586                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5587         }
5588 }
5589
5590 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5591 {
5592         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5593         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5594
5595         /* Skip empty nodes */
5596         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5597                 return;
5598
5599 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5600         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5601         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5602         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5603         if (!pgdat->node_mem_map) {
5604                 unsigned long size, end;
5605                 struct page *map;
5606
5607                 /*
5608                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5609                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5610                  * for the buddy allocator to function correctly.
5611                  */
5612                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5613                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5614                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5615                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5616                 if (!map)
5617                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5618                                                                pgdat->node_id);
5619                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5620         }
5621 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5622         /*
5623          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5624          */
5625         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5626                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5627 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5628                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5629                         mem_map -= offset;
5630 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5631         }
5632 #endif
5633 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5634 }
5635
5636 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5637                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5638 {
5639         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5640         unsigned long start_pfn = 0;
5641         unsigned long end_pfn = 0;
5642
5643         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5644         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5645
5646         reset_deferred_meminit(pgdat);
5647         pgdat->node_id = nid;
5648         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5649 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5650         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5651         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5652                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5653                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5654 #else
5655         start_pfn = node_start_pfn;
5656 #endif
5657         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5658                                   zones_size, zholes_size);
5659
5660         alloc_node_mem_map(pgdat);
5661 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5662         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5663                 nid, (unsigned long)pgdat,
5664                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5665 #endif
5666
5667         free_area_init_core(pgdat);
5668 }
5669
5670 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5671
5672 #if MAX_NUMNODES > 1
5673 /*
5674  * Figure out the number of possible node ids.
5675  */
5676 void __init setup_nr_node_ids(void)
5677 {
5678         unsigned int highest;
5679
5680         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5681         nr_node_ids = highest + 1;
5682 }
5683 #endif
5684
5685 /**
5686  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5687  *
5688  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5689  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5690  * all the nodes.
5691  *
5692  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5693  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5694  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5695  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5696  *
5697  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5698  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5699  * populated node map.
5700  *
5701  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5702  * requirement (single node).
5703  */
5704 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5705 {
5706         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5707         unsigned long start, end, mask;
5708         int last_nid = -1;
5709         int i, nid;
5710
5711         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5712                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5713                         last_nid = nid;
5714                         last_end = end;
5715                         continue;
5716                 }
5717
5718                 /*
5719                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5720                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5721                  * too coarse to separate the current node from the last.
5722                  */
5723                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5724                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5725                         mask <<= 1;
5726
5727                 /* accumulate all internode masks */
5728                 accl_mask |= mask;
5729         }
5730
5731         /* convert mask to number of pages */
5732         return ~accl_mask + 1;
5733 }
5734
5735 /* Find the lowest pfn for a node */
5736 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5737 {
5738         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5739         unsigned long start_pfn;
5740         int i;
5741
5742         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5743                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5744
5745         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5746                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5747                 return 0;
5748         }
5749
5750         return min_pfn;
5751 }
5752
5753 /**
5754  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5755  *
5756  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5757  * memblock_set_node().
5758  */
5759 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5760 {
5761         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5762 }
5763
5764 /*
5765  * early_calculate_totalpages()
5766  * Sum pages in active regions for movable zone.
5767  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5768  */
5769 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5770 {
5771         unsigned long totalpages = 0;
5772         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5773         int i, nid;
5774
5775         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5776                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5777
5778                 totalpages += pages;
5779                 if (pages)
5780                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5781         }
5782         return totalpages;
5783 }
5784
5785 /*
5786  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5787  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5788  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5789  * others
5790  */
5791 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5792 {
5793         int i, nid;
5794         unsigned long usable_startpfn;
5795         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5796         /* save the state before borrow the nodemask */
5797         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5798         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5799         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5800         struct memblock_region *r;
5801
5802         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5803         find_usable_zone_for_movable();
5804
5805         /*
5806          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5807          * options.
5808          */
5809         if (movable_node_is_enabled()) {
5810                 for_each_memblock(memory, r) {
5811                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5812                                 continue;
5813
5814                         nid = r->nid;
5815
5816                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5817                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5818                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5819                                 usable_startpfn;
5820                 }
5821
5822                 goto out2;
5823         }
5824
5825         /*
5826          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5827          */
5828         if (mirrored_kernelcore) {
5829                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5830
5831                 for_each_memblock(memory, r) {
5832                         if (memblock_is_mirror(r))
5833                                 continue;
5834
5835                         nid = r->nid;
5836
5837                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5838
5839                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5840                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5841                                 continue;
5842                         }
5843
5844                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5845                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5846                                 usable_startpfn;
5847                 }
5848
5849                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5850                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5851
5852                 goto out2;
5853         }
5854
5855         /*
5856          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5857          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5858          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5859          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5860          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5861          * what movablecore would have allowed.
5862          */
5863         if (required_movablecore) {
5864                 unsigned long corepages;
5865
5866                 /*
5867                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5868                  * was requested by the user
5869                  */
5870                 required_movablecore =
5871                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5872                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5873                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5874
5875                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5876         }
5877
5878         /*
5879          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5880          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5881          */
5882         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5883                 goto out;
5884
5885         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5886         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5887
5888 restart:
5889         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5890         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5891         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5892                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5893
5894                 /*
5895                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5896                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5897                  * amount of memory for the kernel
5898                  */
5899                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5900                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5901
5902                 /*
5903                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5904                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5905                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5906                  */
5907                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5908
5909                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5910                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5911                         unsigned long size_pages;
5912
5913                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5914                         if (start_pfn >= end_pfn)
5915                                 continue;
5916
5917                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5918                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5919                                 unsigned long kernel_pages;
5920                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5921                                                                 - start_pfn;
5922
5923                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5924                                                         kernelcore_remaining);
5925                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5926                                                         required_kernelcore);
5927
5928                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5929                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5930
5931                                         /*
5932                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5933                                          * that if we have to rebalance
5934                                          * kernelcore across nodes, we will
5935                                          * not double account here
5936                                          */
5937                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5938                                         continue;
5939                                 }
5940                                 start_pfn = usable_startpfn;
5941                         }
5942
5943                         /*
5944                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5945                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5946                          * number of pages used as kernelcore
5947                          */
5948                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5949                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5950                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5951                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5952
5953                         /*
5954                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5955                          * break if the kernelcore for this node has been
5956                          * satisfied
5957                          */
5958                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5959                                                                 size_pages);
5960                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5961                         if (!kernelcore_remaining)
5962                                 break;
5963                 }
5964         }
5965
5966         /*
5967          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5968          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5969          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5970          * satisfied
5971          */
5972         usable_nodes--;
5973         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5974                 goto restart;
5975
5976 out2:
5977         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5978         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5979                 zone_movable_pfn[nid] =
5980                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5981
5982 out:
5983         /* restore the node_state */
5984         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5985 }
5986
5987 /* Any regular or high memory on that node ? */
5988 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5989 {
5990         enum zone_type zone_type;
5991
5992         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5993                 return;
5994
5995         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5996                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5997                 if (populated_zone(zone)) {
5998                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5999                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6000                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6001                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6002                         break;
6003                 }
6004         }
6005 }
6006
6007 /**
6008  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6009  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6010  *
6011  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6012  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6013  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6014  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6015  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6016  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6017  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6018  * at arch_max_dma_pfn.
6019  */
6020 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6021 {
6022         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6023         int i, nid;
6024
6025         /* Record where the zone boundaries are */
6026         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6027                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6028         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6029                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6030         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6031         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6032         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6033                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6034                         continue;
6035                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6036                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6037                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6038                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6039         }
6040         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6041         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6042
6043         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6044         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6045         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6046
6047         /* Print out the zone ranges */
6048         pr_info("Zone ranges:\n");
6049         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6050                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6051                         continue;
6052                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6053                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6054                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6055                         pr_cont("empty\n");
6056                 else
6057                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6058                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6059                                         << PAGE_SHIFT,
6060                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6061                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6062         }
6063
6064         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6065         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6066         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6067                 if (zone_movable_pfn[i])
6068                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6069                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6070         }
6071
6072         /* Print out the early node map */
6073         pr_info("Early memory node ranges\n");
6074         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6075                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6076                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6077                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6078
6079         /* Initialise every node */
6080         mminit_verify_pageflags_layout();
6081         setup_nr_node_ids();
6082         for_each_online_node(nid) {
6083                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6084                 free_area_init_node(nid, NULL,
6085                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6086
6087                 /* Any memory on that node */
6088                 if (pgdat->node_present_pages)
6089                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6090                 check_for_memory(pgdat, nid);
6091         }
6092 }
6093
6094 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6095 {
6096         unsigned long long coremem;
6097         if (!p)
6098                 return -EINVAL;
6099
6100         coremem = memparse(p, &p);
6101         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6102
6103         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6104         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6105
6106         return 0;
6107 }
6108
6109 /*
6110  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6111  * cannot be reclaimed or migrated.
6112  */
6113 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6114 {
6115         /* parse kernelcore=mirror */
6116         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6117                 mirrored_kernelcore = true;
6118                 return 0;
6119         }
6120
6121         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6122 }
6123
6124 /*
6125  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6126  * can be reclaimed or migrated.
6127  */
6128 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6129 {
6130         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6131 }
6132
6133 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6134 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6135
6136 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6137
6138 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6139 {
6140         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6141         page_zone(page)->managed_pages += count;
6142         totalram_pages += count;
6143 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6144         if (PageHighMem(page))
6145                 totalhigh_pages += count;
6146 #endif
6147         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6148 }
6149 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6150
6151 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6152 {
6153         void *pos;
6154         unsigned long pages = 0;
6155
6156         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6157         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6158         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6159                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6160                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6161                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6162         }
6163
6164         if (pages && s)
6165                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6166                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6167
6168         return pages;
6169 }
6170 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6171
6172 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6173 void free_highmem_page(struct page *page)
6174 {
6175         __free_reserved_page(page);
6176         totalram_pages++;
6177         page_zone(page)->managed_pages++;
6178         totalhigh_pages++;
6179 }
6180 #endif
6181
6182
6183 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6184 {
6185         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6186         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6187
6188         physpages = get_num_physpages();
6189         codesize = _etext - _stext;
6190         datasize = _edata - _sdata;
6191         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6192         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6193         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6194         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6195
6196         /*
6197          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6198          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6199          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6200          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6201          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6202          */
6203 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6204         do { \
6205                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6206                         size -= adj; \
6207         } while (0)
6208
6209         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6210                      _sinittext, init_code_size);
6211         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6212         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6213         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6214         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6215
6216 #undef  adj_init_size
6217
6218         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6219 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6220                 ", %luK highmem"
6221 #endif
6222                 "%s%s)\n",
6223                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6224                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6225                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6226                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6227                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6228                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6229 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6230                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6231 #endif
6232                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6233 }
6234
6235 /**
6236  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6237  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6238  *
6239  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6240  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6241  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6242  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6243  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6244  * smaller per-cpu batchsize.
6245  */
6246 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6247 {
6248         dma_reserve = new_dma_reserve;
6249 }
6250
6251 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6252 {
6253         free_area_init_node(0, zones_size,
6254                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6255 }
6256
6257 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6258                                  unsigned long action, void *hcpu)
6259 {
6260         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6261
6262         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6263                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6264                 drain_pages(cpu);
6265
6266                 /*
6267                  * Spill the event counters of the dead processor
6268                  * into the current processors event counters.
6269                  * This artificially elevates the count of the current
6270                  * processor.
6271                  */
6272                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6273
6274                 /*
6275                  * Zero the differential counters of the dead processor
6276                  * so that the vm statistics are consistent.
6277                  *
6278                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6279                  * race with what we are doing.
6280                  */
6281                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6282         }
6283         return NOTIFY_OK;
6284 }
6285
6286 void __init page_alloc_init(void)
6287 {
6288         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6289 }
6290
6291 /*
6292  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6293  *      or min_free_kbytes changes.
6294  */
6295 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6296 {
6297         struct pglist_data *pgdat;
6298         unsigned long reserve_pages = 0;
6299         enum zone_type i, j;
6300
6301         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6302                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6303                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6304                         long max = 0;
6305
6306                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6307                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6308                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6309                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6310                         }
6311
6312                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6313                         max += high_wmark_pages(zone);
6314
6315                         if (max > zone->managed_pages)
6316                                 max = zone->managed_pages;
6317
6318                         zone->totalreserve_pages = max;
6319
6320                         reserve_pages += max;
6321                 }
6322         }
6323         totalreserve_pages = reserve_pages;
6324 }
6325
6326 /*
6327  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6328  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6329  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6330  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6331  */
6332 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6333 {
6334         struct pglist_data *pgdat;
6335         enum zone_type j, idx;
6336
6337         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6338                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6339                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6340                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6341
6342                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6343
6344                         idx = j;
6345                         while (idx) {
6346                                 struct zone *lower_zone;
6347
6348                                 idx--;
6349
6350                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6351                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6352
6353                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6354                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6355                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6356                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6357                         }
6358                 }
6359         }
6360
6361         /* update totalreserve_pages */
6362         calculate_totalreserve_pages();
6363 }
6364
6365 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6366 {
6367         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6368         unsigned long lowmem_pages = 0;
6369         struct zone *zone;
6370         unsigned long flags;
6371
6372         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6373         for_each_zone(zone) {
6374                 if (!is_highmem(zone))
6375                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6376         }
6377
6378         for_each_zone(zone) {
6379                 u64 tmp;
6380
6381                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6382                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6383                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6384                 if (is_highmem(zone)) {
6385                         /*
6386                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6387                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6388                          * value here.
6389                          *
6390                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6391                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6392                          * not be capped for highmem.
6393                          */
6394                         unsigned long min_pages;
6395
6396                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6397                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6398                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6399                 } else {
6400                         /*
6401                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6402                          * proportionate to the zone's size.
6403                          */
6404                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6405                 }
6406
6407                 /*
6408                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6409                  * scale factor in proportion to available memory, but
6410                  * ensure a minimum size on small systems.
6411                  */
6412                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6413                             mult_frac(zone->managed_pages,
6414                                       watermark_scale_factor, 10000));
6415
6416                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6417                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6418
6419                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6420                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6421                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6422
6423                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6424         }
6425
6426         /* update totalreserve_pages */
6427         calculate_totalreserve_pages();
6428 }
6429
6430 /**
6431  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6432  * or when memory is hot-{added|removed}
6433  *
6434  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6435  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6436  */
6437 void setup_per_zone_wmarks(void)
6438 {
6439         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6440         __setup_per_zone_wmarks();
6441         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6442 }
6443
6444 /*
6445  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6446  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6447  * to be referenced again before it is swapped out.
6448  *
6449  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6450  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6451  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6452  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6453  *
6454  * total     target    max
6455  * memory    ratio     inactive anon
6456  * -------------------------------------
6457  *   10MB       1         5MB
6458  *  100MB       1        50MB
6459  *    1GB       3       250MB
6460  *   10GB      10       0.9GB
6461  *  100GB      31         3GB
6462  *    1TB     101        10GB
6463  *   10TB     320        32GB
6464  */
6465 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6466 {
6467         unsigned int gb, ratio;
6468
6469         /* Zone size in gigabytes */
6470         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6471         if (gb)
6472                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6473         else
6474                 ratio = 1;
6475
6476         zone->inactive_ratio = ratio;
6477 }
6478
6479 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6480 {
6481         struct zone *zone;
6482
6483         for_each_zone(zone)
6484                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6485 }
6486
6487 /*
6488  * Initialise min_free_kbytes.
6489  *
6490  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6491  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6492  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6493  *
6494  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6495  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6496  *
6497  * which yields
6498  *
6499  * 16MB:        512k
6500  * 32MB:        724k
6501  * 64MB:        1024k
6502  * 128MB:       1448k
6503  * 256MB:       2048k
6504  * 512MB:       2896k
6505  * 1024MB:      4096k
6506  * 2048MB:      5792k
6507  * 4096MB:      8192k
6508  * 8192MB:      11584k
6509  * 16384MB:     16384k
6510  */
6511 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6512 {
6513         unsigned long lowmem_kbytes;
6514         int new_min_free_kbytes;
6515
6516         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6517         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6518
6519         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6520                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6521                 if (min_free_kbytes < 128)
6522                         min_free_kbytes = 128;
6523                 if (min_free_kbytes > 65536)
6524                         min_free_kbytes = 65536;
6525         } else {
6526                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6527                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6528         }
6529         setup_per_zone_wmarks();
6530         refresh_zone_stat_thresholds();
6531         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6532         setup_per_zone_inactive_ratio();
6533         return 0;
6534 }
6535 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6536
6537 /*
6538  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6539  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6540  *      changes.
6541  */
6542 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6543         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6544 {
6545         int rc;
6546
6547         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6548         if (rc)
6549                 return rc;
6550
6551         if (write) {
6552                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6553                 setup_per_zone_wmarks();
6554         }
6555         return 0;
6556 }
6557
6558 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6559         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6560 {
6561         int rc;
6562
6563         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6564         if (rc)
6565                 return rc;
6566
6567         if (write)
6568                 setup_per_zone_wmarks();
6569
6570         return 0;
6571 }
6572
6573 #ifdef CONFIG_NUMA
6574 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6575         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6576 {
6577         struct zone *zone;
6578         int rc;
6579
6580         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6581         if (rc)
6582                 return rc;
6583
6584         for_each_zone(zone)
6585                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6586                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6587         return 0;
6588 }
6589
6590 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6591         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6592 {
6593         struct zone *zone;
6594         int rc;
6595
6596         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6597         if (rc)
6598                 return rc;
6599
6600         for_each_zone(zone)
6601                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6602                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6603         return 0;
6604 }
6605 #endif
6606
6607 /*
6608  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6609  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6610  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6611  *
6612  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6613  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6614  * if in function of the boot time zone sizes.
6615  */
6616 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6617         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6618 {
6619         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6620         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6621         return 0;
6622 }
6623
6624 /*
6625  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6626  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6627  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6628  */
6629 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6630         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6631 {
6632         struct zone *zone;
6633         int old_percpu_pagelist_fraction;
6634         int ret;
6635
6636         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6637         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6638
6639         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6640         if (!write || ret < 0)
6641                 goto out;
6642
6643         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6644         if (percpu_pagelist_fraction &&
6645             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6646                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6647                 ret = -EINVAL;
6648                 goto out;
6649         }
6650
6651         /* No change? */
6652         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6653                 goto out;
6654
6655         for_each_populated_zone(zone) {
6656                 unsigned int cpu;
6657
6658                 for_each_possible_cpu(cpu)
6659                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6660                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6661         }
6662 out:
6663         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6664         return ret;
6665 }
6666
6667 #ifdef CONFIG_NUMA
6668 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6669
6670 static int __init set_hashdist(char *str)
6671 {
6672         if (!str)
6673                 return 0;
6674         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6675         return 1;
6676 }
6677 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6678 #endif
6679
6680 /*
6681  * allocate a large system hash table from bootmem
6682  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6683  *   quantity of entries
6684  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6685  */
6686 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6687                                      unsigned long bucketsize,
6688                                      unsigned long numentries,
6689                                      int scale,
6690                                      int flags,
6691                                      unsigned int *_hash_shift,
6692                                      unsigned int *_hash_mask,
6693                                      unsigned long low_limit,
6694                                      unsigned long high_limit)
6695 {
6696         unsigned long long max = high_limit;
6697         unsigned long log2qty, size;
6698         void *table = NULL;
6699
6700         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6701         if (!numentries) {
6702                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6703                 numentries = nr_kernel_pages;
6704
6705                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6706                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6707                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6708
6709                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6710                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6711                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6712                 else
6713                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6714
6715                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6716                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6717                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6718                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6719                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6720                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6721                                 BUG_ON(!numentries);
6722                         }
6723                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6724                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6725         }
6726         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6727
6728         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6729         if (max == 0) {
6730                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6731                 do_div(max, bucketsize);
6732         }
6733         max = min(max, 0x80000000ULL);
6734
6735         if (numentries < low_limit)
6736                 numentries = low_limit;
6737         if (numentries > max)
6738                 numentries = max;
6739
6740         log2qty = ilog2(numentries);
6741
6742         do {
6743                 size = bucketsize << log2qty;
6744                 if (flags & HASH_EARLY)
6745                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6746                 else if (hashdist)
6747                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6748                 else {
6749                         /*
6750                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6751                          * some pages at the end of hash table which
6752                          * alloc_pages_exact() automatically does
6753                          */
6754                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6755                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6756                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6757                         }
6758                 }
6759         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6760
6761         if (!table)
6762                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6763
6764         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6765                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
6766
6767         if (_hash_shift)
6768                 *_hash_shift = log2qty;
6769         if (_hash_mask)
6770                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6771
6772         return table;
6773 }
6774
6775 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6776 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
6777                                                         unsigned long pfn)
6778 {
6779 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6780         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6781 #else
6782         return page_zone(page)->pageblock_flags;
6783 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6784 }
6785
6786 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
6787 {
6788 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6789         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6790         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6791 #else
6792         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6793         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6794 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6795 }
6796
6797 /**
6798  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6799  * @page: The page within the block of interest
6800  * @pfn: The target page frame number
6801  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6802  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6803  *
6804  * Return: pageblock_bits flags
6805  */
6806 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6807                                         unsigned long end_bitidx,
6808                                         unsigned long mask)
6809 {
6810         unsigned long *bitmap;
6811         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6812         unsigned long word;
6813
6814         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6815         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6816         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6817         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6818
6819         word = bitmap[word_bitidx];
6820         bitidx += end_bitidx;
6821         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6822 }
6823
6824 /**
6825  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6826  * @page: The page within the block of interest
6827  * @flags: The flags to set
6828  * @pfn: The target page frame number
6829  * @end_bitidx: The last bit of interest
6830  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6831  */
6832 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6833                                         unsigned long pfn,
6834                                         unsigned long end_bitidx,
6835                                         unsigned long mask)
6836 {
6837         unsigned long *bitmap;
6838         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6839         unsigned long old_word, word;
6840
6841         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6842
6843         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6844         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6845         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6846         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6847
6848         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
6849
6850         bitidx += end_bitidx;
6851         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6852         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6853
6854         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6855         for (;;) {
6856                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6857                 if (word == old_word)
6858                         break;
6859                 word = old_word;
6860         }
6861 }
6862
6863 /*
6864  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6865  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6866  *
6867  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6868  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6869  * expect this function should be exact.
6870  */
6871 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6872                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6873 {
6874         unsigned long pfn, iter, found;
6875         int mt;
6876
6877         /*
6878          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6879          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6880          */
6881         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6882                 return false;
6883         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6884         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6885                 return false;
6886
6887         pfn = page_to_pfn(page);
6888         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6889                 unsigned long check = pfn + iter;
6890
6891                 if (!pfn_valid_within(check))
6892                         continue;
6893
6894                 page = pfn_to_page(check);
6895
6896                 /*
6897                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6898                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6899                  * handle each tail page individually in migration.
6900                  */
6901                 if (PageHuge(page)) {
6902                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6903                         continue;
6904                 }
6905
6906                 /*
6907                  * We can't use page_count without pin a page
6908                  * because another CPU can free compound page.
6909                  * This check already skips compound tails of THP
6910                  * because their page->_refcount is zero at all time.
6911                  */
6912                 if (!page_ref_count(page)) {
6913                         if (PageBuddy(page))
6914                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6915                         continue;
6916                 }
6917
6918                 /*
6919                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6920                  * page_count() is not 0.
6921                  */
6922                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6923                         continue;
6924
6925                 if (!PageLRU(page))
6926                         found++;
6927                 /*
6928                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6929                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6930                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6931                  */
6932                 /*
6933                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6934                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6935                  *
6936                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6937                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6938                  * page at boot.
6939                  */
6940                 if (found > count)
6941                         return true;
6942         }
6943         return false;
6944 }
6945
6946 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6947 {
6948         struct zone *zone;
6949         unsigned long pfn;
6950
6951         /*
6952          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6953          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6954          * the zone but still within the section.
6955          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6956          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6957          */
6958         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6959                 return false;
6960
6961         zone = page_zone(page);
6962         pfn = page_to_pfn(page);
6963         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6964                 return false;
6965
6966         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6967 }
6968
6969 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6970
6971 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6972 {
6973         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6974                              pageblock_nr_pages) - 1);
6975 }
6976
6977 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6978 {
6979         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6980                                 pageblock_nr_pages));
6981 }
6982
6983 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6984 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6985                                         unsigned long start, unsigned long end)
6986 {
6987         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6988         unsigned long nr_reclaimed;
6989         unsigned long pfn = start;
6990         unsigned int tries = 0;
6991         int ret = 0;
6992
6993         migrate_prep();
6994
6995         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6996                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6997                         ret = -EINTR;
6998                         break;
6999                 }
7000
7001                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7002                         cc->nr_migratepages = 0;
7003                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7004                         if (!pfn) {
7005                                 ret = -EINTR;
7006                                 break;
7007                         }
7008                         tries = 0;
7009                 } else if (++tries == 5) {
7010                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7011                         break;
7012                 }
7013
7014                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7015                                                         &cc->migratepages);
7016                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7017
7018                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7019                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7020         }
7021         if (ret < 0) {
7022                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7023                 return ret;
7024         }
7025         return 0;
7026 }
7027
7028 /**
7029  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7030  * @start:      start PFN to allocate
7031  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7032  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7033  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7034  *                      in range must have the same migratetype and it must
7035  *                      be either of the two.
7036  *
7037  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7038  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7039  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7040  * pages fall in.
7041  *
7042  * The PFN range must belong to a single zone.
7043  *
7044  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7045  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7046  * need to be freed with free_contig_range().
7047  */
7048 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7049                        unsigned migratetype)
7050 {
7051         unsigned long outer_start, outer_end;
7052         unsigned int order;
7053         int ret = 0;
7054
7055         struct compact_control cc = {
7056                 .nr_migratepages = 0,
7057                 .order = -1,
7058                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7059                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7060                 .ignore_skip_hint = true,
7061         };
7062         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7063
7064         /*
7065          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7066          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7067          * have different sizes, and due to the way page allocator
7068          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7069          * that page allocator won't try to merge buddies from
7070          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7071          * other migration type.
7072          *
7073          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7074          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7075          * we are interested in).  This will put all the pages in
7076          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7077          *
7078          * When this is done, we take the pages in range from page
7079          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7080          * page allocator will never consider using them.
7081          *
7082          * This lets us mark the pageblocks back as
7083          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7084          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7085          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7086          */
7087
7088         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7089                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7090                                        false);
7091         if (ret)
7092                 return ret;
7093
7094         /*
7095          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7096          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7097          */
7098         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7099         if (ret && ret != -EBUSY)
7100                 goto done;
7101
7102         /*
7103          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7104          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7105          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7106          * What we are going to do is to allocate all pages from
7107          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7108          *
7109          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7110          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7111          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7112          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7113          * once this is done free the pages we are not interested in.
7114          *
7115          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7116          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7117          */
7118
7119         lru_add_drain_all();
7120         drain_all_pages(cc.zone);
7121
7122         order = 0;
7123         outer_start = start;
7124         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7125                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7126                         outer_start = start;
7127                         break;
7128                 }
7129                 outer_start &= ~0UL << order;
7130         }
7131
7132         if (outer_start != start) {
7133                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7134
7135                 /*
7136                  * outer_start page could be small order buddy page and
7137                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7138                  * in this case to report failed page properly
7139                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7140                  */
7141                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7142                         outer_start = start;
7143         }
7144
7145         /* Make sure the range is really isolated. */
7146         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7147                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7148                         __func__, outer_start, end);
7149                 ret = -EBUSY;
7150                 goto done;
7151         }
7152
7153         /* Grab isolated pages from freelists. */
7154         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7155         if (!outer_end) {
7156                 ret = -EBUSY;
7157                 goto done;
7158         }
7159
7160         /* Free head and tail (if any) */
7161         if (start != outer_start)
7162                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7163         if (end != outer_end)
7164                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7165
7166 done:
7167         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7168                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7169         return ret;
7170 }
7171
7172 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7173 {
7174         unsigned int count = 0;
7175
7176         for (; nr_pages--; pfn++) {
7177                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7178
7179                 count += page_count(page) != 1;
7180                 __free_page(page);
7181         }
7182         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7183 }
7184 #endif
7185
7186 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7187 /*
7188  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7189  * page high values need to be recalulated.
7190  */
7191 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7192 {
7193         unsigned cpu;
7194         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7195         for_each_possible_cpu(cpu)
7196                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7197                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7198         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7199 }
7200 #endif
7201
7202 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7203 {
7204         unsigned long flags;
7205         int cpu;
7206         struct per_cpu_pageset *pset;
7207
7208         /* avoid races with drain_pages()  */
7209         local_irq_save(flags);
7210         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7211                 for_each_online_cpu(cpu) {
7212                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7213                         drain_zonestat(zone, pset);
7214                 }
7215                 free_percpu(zone->pageset);
7216                 zone->pageset = &boot_pageset;
7217         }
7218         local_irq_restore(flags);
7219 }
7220
7221 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7222 /*
7223  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7224  * before calling this.
7225  */
7226 void
7227 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7228 {
7229         struct page *page;
7230         struct zone *zone;
7231         unsigned int order, i;
7232         unsigned long pfn;
7233         unsigned long flags;
7234         /* find the first valid pfn */
7235         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7236                 if (pfn_valid(pfn))
7237                         break;
7238         if (pfn == end_pfn)
7239                 return;
7240         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7241         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7242         pfn = start_pfn;
7243         while (pfn < end_pfn) {
7244                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7245                         pfn++;
7246                         continue;
7247                 }
7248                 page = pfn_to_page(pfn);
7249                 /*
7250                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7251                  * page_count() is not 0.
7252                  */
7253                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7254                         pfn++;
7255                         SetPageReserved(page);
7256                         continue;
7257                 }
7258
7259                 BUG_ON(page_count(page));
7260                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7261                 order = page_order(page);
7262 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7263                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7264                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7265 #endif
7266                 list_del(&page->lru);
7267                 rmv_page_order(page);
7268                 zone->free_area[order].nr_free--;
7269                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7270                         SetPageReserved((page+i));
7271                 pfn += (1 << order);
7272         }
7273         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7274 }
7275 #endif
7276
7277 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7278 {
7279         struct zone *zone = page_zone(page);
7280         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7281         unsigned long flags;
7282         unsigned int order;
7283
7284         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7285         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7286                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7287
7288                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7289                         break;
7290         }
7291         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7292
7293         return order < MAX_ORDER;
7294 }