fs, file table: reinit files_stat.max_files after deferred memory initialisation
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65
66 #include <asm/sections.h>
67 #include <asm/tlbflush.h>
68 #include <asm/div64.h>
69 #include "internal.h"
70
71 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
72 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
73 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
74
75 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
76 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
77 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
78 #endif
79
80 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
81 /*
82  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
83  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
84  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
85  * defined in <linux/topology.h>.
86  */
87 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
88 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
89 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
90 #endif
91
92 /*
93  * Array of node states.
94  */
95 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
96         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
97         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifndef CONFIG_NUMA
99         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
101         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
104         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif
106         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif  /* NUMA */
108 };
109 EXPORT_SYMBOL(node_states);
110
111 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
112 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
113
114 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
117 /*
118  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
119  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
120  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
121  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
122  */
123 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
124
125 int percpu_pagelist_fraction;
126 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
127
128 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
129 /*
130  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
131  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
132  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
133  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
134  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
135  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
136  */
137
138 static gfp_t saved_gfp_mask;
139
140 void pm_restore_gfp_mask(void)
141 {
142         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
143         if (saved_gfp_mask) {
144                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
145                 saved_gfp_mask = 0;
146         }
147 }
148
149 void pm_restrict_gfp_mask(void)
150 {
151         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
152         WARN_ON(saved_gfp_mask);
153         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
154         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
155 }
156
157 bool pm_suspended_storage(void)
158 {
159         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
160                 return false;
161         return true;
162 }
163 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
164
165 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
166 int pageblock_order __read_mostly;
167 #endif
168
169 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
170
171 /*
172  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
173  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
174  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
175  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
176  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
177  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
178  *
179  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
180  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
181  */
182 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
183 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
184          256,
185 #endif
186 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
187          256,
188 #endif
189 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
190          32,
191 #endif
192          32,
193 };
194
195 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
196
197 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
199          "DMA",
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
202          "DMA32",
203 #endif
204          "Normal",
205 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
206          "HighMem",
207 #endif
208          "Movable",
209 };
210
211 int min_free_kbytes = 1024;
212 int user_min_free_kbytes = -1;
213
214 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
215 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
216 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
217
218 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
221 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
222 static unsigned long __initdata required_movablecore;
223 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
224
225 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
226 int movable_zone;
227 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
228 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
229
230 #if MAX_NUMNODES > 1
231 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
232 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
233 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
234 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
235 #endif
236
237 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
238
239 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
240 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
241 {
242         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
243 }
244
245 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
246 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
247 {
248         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
249                 return true;
250
251         return false;
252 }
253
254 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
255 {
256         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
257                 return true;
258
259         return false;
260 }
261
262 /*
263  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
264  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
265  */
266 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
267                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
268                                 unsigned long *nr_initialised)
269 {
270         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
271         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
272                 return true;
273
274         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
275         (*nr_initialised)++;
276         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
277             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
278                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
279                 return false;
280         }
281
282         return true;
283 }
284 #else
285 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
286 {
287 }
288
289 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
290 {
291         return false;
292 }
293
294 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
295 {
296         return false;
297 }
298
299 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
300                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
301                                 unsigned long *nr_initialised)
302 {
303         return true;
304 }
305 #endif
306
307
308 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
309 {
310         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
311                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
312                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
313
314         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
315                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
316 }
317
318 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
319 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
320 {
321         int ret = 0;
322         unsigned seq;
323         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
324         unsigned long sp, start_pfn;
325
326         do {
327                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
328                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
329                 sp = zone->spanned_pages;
330                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
331                         ret = 1;
332         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
333
334         if (ret)
335                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
336                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
337                         start_pfn, start_pfn + sp);
338
339         return ret;
340 }
341
342 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
343 {
344         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
345                 return 0;
346         if (zone != page_zone(page))
347                 return 0;
348
349         return 1;
350 }
351 /*
352  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
353  */
354 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
355 {
356         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
357                 return 1;
358         if (!page_is_consistent(zone, page))
359                 return 1;
360
361         return 0;
362 }
363 #else
364 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
365 {
366         return 0;
367 }
368 #endif
369
370 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
371                 unsigned long bad_flags)
372 {
373         static unsigned long resume;
374         static unsigned long nr_shown;
375         static unsigned long nr_unshown;
376
377         /* Don't complain about poisoned pages */
378         if (PageHWPoison(page)) {
379                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
380                 return;
381         }
382
383         /*
384          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
385          * or allow a steady drip of one report per second.
386          */
387         if (nr_shown == 60) {
388                 if (time_before(jiffies, resume)) {
389                         nr_unshown++;
390                         goto out;
391                 }
392                 if (nr_unshown) {
393                         printk(KERN_ALERT
394                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
395                                 nr_unshown);
396                         nr_unshown = 0;
397                 }
398                 nr_shown = 0;
399         }
400         if (nr_shown++ == 0)
401                 resume = jiffies + 60 * HZ;
402
403         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
404                 current->comm, page_to_pfn(page));
405         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
406
407         print_modules();
408         dump_stack();
409 out:
410         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
411         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
412         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
413 }
414
415 /*
416  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
417  *
418  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
419  *
420  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
421  *
422  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
423  * pointing at the head page.
424  *
425  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
426  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
427  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
428  */
429
430 static void free_compound_page(struct page *page)
431 {
432         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
433 }
434
435 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
436 {
437         int i;
438         int nr_pages = 1 << order;
439
440         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
441         set_compound_order(page, order);
442         __SetPageHead(page);
443         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
444                 struct page *p = page + i;
445                 set_page_count(p, 0);
446                 p->first_page = page;
447                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
448                 smp_wmb();
449                 __SetPageTail(p);
450         }
451 }
452
453 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
454 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
455 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
456 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
457
458 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
459 {
460         if (!buf)
461                 return -EINVAL;
462
463         if (strcmp(buf, "on") == 0)
464                 _debug_pagealloc_enabled = true;
465
466         return 0;
467 }
468 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
469
470 static bool need_debug_guardpage(void)
471 {
472         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
473         if (!debug_pagealloc_enabled())
474                 return false;
475
476         return true;
477 }
478
479 static void init_debug_guardpage(void)
480 {
481         if (!debug_pagealloc_enabled())
482                 return;
483
484         _debug_guardpage_enabled = true;
485 }
486
487 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
488         .need = need_debug_guardpage,
489         .init = init_debug_guardpage,
490 };
491
492 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
493 {
494         unsigned long res;
495
496         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
497                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
498                 return 0;
499         }
500         _debug_guardpage_minorder = res;
501         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
502         return 0;
503 }
504 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
505
506 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
507                                 unsigned int order, int migratetype)
508 {
509         struct page_ext *page_ext;
510
511         if (!debug_guardpage_enabled())
512                 return;
513
514         page_ext = lookup_page_ext(page);
515         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
516
517         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
518         set_page_private(page, order);
519         /* Guard pages are not available for any usage */
520         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
521 }
522
523 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
524                                 unsigned int order, int migratetype)
525 {
526         struct page_ext *page_ext;
527
528         if (!debug_guardpage_enabled())
529                 return;
530
531         page_ext = lookup_page_ext(page);
532         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
533
534         set_page_private(page, 0);
535         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
536                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
537 }
538 #else
539 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
540 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
541                                 unsigned int order, int migratetype) {}
542 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
543                                 unsigned int order, int migratetype) {}
544 #endif
545
546 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
547 {
548         set_page_private(page, order);
549         __SetPageBuddy(page);
550 }
551
552 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
553 {
554         __ClearPageBuddy(page);
555         set_page_private(page, 0);
556 }
557
558 /*
559  * This function checks whether a page is free && is the buddy
560  * we can do coalesce a page and its buddy if
561  * (a) the buddy is not in a hole &&
562  * (b) the buddy is in the buddy system &&
563  * (c) a page and its buddy have the same order &&
564  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
565  *
566  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
567  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
568  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
569  * serialized by zone->lock.
570  *
571  * For recording page's order, we use page_private(page).
572  */
573 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
574                                                         unsigned int order)
575 {
576         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
577                 return 0;
578
579         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
580                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
581                         return 0;
582
583                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
584
585                 return 1;
586         }
587
588         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
589                 /*
590                  * zone check is done late to avoid uselessly
591                  * calculating zone/node ids for pages that could
592                  * never merge.
593                  */
594                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
595                         return 0;
596
597                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
598
599                 return 1;
600         }
601         return 0;
602 }
603
604 /*
605  * Freeing function for a buddy system allocator.
606  *
607  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
608  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
609  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
610  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
611  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
612  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
613  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
614  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
615  * parts of the VM system.
616  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
617  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
618  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
619  * field.
620  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
621  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
622  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
623  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
624  * triggers coalescing into a block of larger size.
625  *
626  * -- nyc
627  */
628
629 static inline void __free_one_page(struct page *page,
630                 unsigned long pfn,
631                 struct zone *zone, unsigned int order,
632                 int migratetype)
633 {
634         unsigned long page_idx;
635         unsigned long combined_idx;
636         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
637         struct page *buddy;
638         int max_order = MAX_ORDER;
639
640         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
641         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
642
643         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
644         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
645                 /*
646                  * We restrict max order of merging to prevent merge
647                  * between freepages on isolate pageblock and normal
648                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
649                  * could cause incorrect freepage accounting.
650                  */
651                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
652         } else {
653                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
654         }
655
656         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
657
658         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
659         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
660
661         while (order < max_order - 1) {
662                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
663                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
664                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
665                         break;
666                 /*
667                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
668                  * merge with it and move up one order.
669                  */
670                 if (page_is_guard(buddy)) {
671                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
672                 } else {
673                         list_del(&buddy->lru);
674                         zone->free_area[order].nr_free--;
675                         rmv_page_order(buddy);
676                 }
677                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
678                 page = page + (combined_idx - page_idx);
679                 page_idx = combined_idx;
680                 order++;
681         }
682         set_page_order(page, order);
683
684         /*
685          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
686          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
687          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
688          * that is happening, add the free page to the tail of the list
689          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
690          * as a higher order page
691          */
692         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
693                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
694                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
695                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
696                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
697                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
698                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
699                         list_add_tail(&page->lru,
700                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
701                         goto out;
702                 }
703         }
704
705         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
706 out:
707         zone->free_area[order].nr_free++;
708 }
709
710 static inline int free_pages_check(struct page *page)
711 {
712         const char *bad_reason = NULL;
713         unsigned long bad_flags = 0;
714
715         if (unlikely(page_mapcount(page)))
716                 bad_reason = "nonzero mapcount";
717         if (unlikely(page->mapping != NULL))
718                 bad_reason = "non-NULL mapping";
719         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
720                 bad_reason = "nonzero _count";
721         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
722                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
723                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
724         }
725 #ifdef CONFIG_MEMCG
726         if (unlikely(page->mem_cgroup))
727                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
728 #endif
729         if (unlikely(bad_reason)) {
730                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
731                 return 1;
732         }
733         page_cpupid_reset_last(page);
734         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
735                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
736         return 0;
737 }
738
739 /*
740  * Frees a number of pages from the PCP lists
741  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
742  * count is the number of pages to free.
743  *
744  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
745  * see if this freeing clears that state.
746  *
747  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
748  * pinned" detection logic.
749  */
750 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
751                                         struct per_cpu_pages *pcp)
752 {
753         int migratetype = 0;
754         int batch_free = 0;
755         int to_free = count;
756         unsigned long nr_scanned;
757
758         spin_lock(&zone->lock);
759         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
760         if (nr_scanned)
761                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
762
763         while (to_free) {
764                 struct page *page;
765                 struct list_head *list;
766
767                 /*
768                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
769                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
770                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
771                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
772                  * lists
773                  */
774                 do {
775                         batch_free++;
776                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
777                                 migratetype = 0;
778                         list = &pcp->lists[migratetype];
779                 } while (list_empty(list));
780
781                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
782                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
783                         batch_free = to_free;
784
785                 do {
786                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
787
788                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
789                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
790                         list_del(&page->lru);
791                         mt = get_freepage_migratetype(page);
792                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
793                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
794
795                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
796                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
797                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
798                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
799         }
800         spin_unlock(&zone->lock);
801 }
802
803 static void free_one_page(struct zone *zone,
804                                 struct page *page, unsigned long pfn,
805                                 unsigned int order,
806                                 int migratetype)
807 {
808         unsigned long nr_scanned;
809         spin_lock(&zone->lock);
810         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
811         if (nr_scanned)
812                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
813
814         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
815                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
816                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
817         }
818         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
819         spin_unlock(&zone->lock);
820 }
821
822 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
823 {
824         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
825                 return 0;
826         if (unlikely(!PageTail(page))) {
827                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
828                 return 1;
829         }
830         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
831                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
832                 return 1;
833         }
834         return 0;
835 }
836
837 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
838                                 unsigned long zone, int nid)
839 {
840         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
841         init_page_count(page);
842         page_mapcount_reset(page);
843         page_cpupid_reset_last(page);
844
845         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
846 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
847         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
848         if (!is_highmem_idx(zone))
849                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
850 #endif
851 }
852
853 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
854                                         int nid)
855 {
856         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
857 }
858
859 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
860 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
861 {
862         pg_data_t *pgdat;
863         int nid, zid;
864
865         if (!early_page_uninitialised(pfn))
866                 return;
867
868         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
869         pgdat = NODE_DATA(nid);
870
871         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
872                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
873
874                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
875                         break;
876         }
877         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
878 }
879 #else
880 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
881 {
882 }
883 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
884
885 /*
886  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
887  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
888  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
889  * sent to the buddy page allocator.
890  */
891 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
892 {
893         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
894         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
895
896         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
897                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
898                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
899
900                         init_reserved_page(start_pfn);
901                         SetPageReserved(page);
902                 }
903         }
904 }
905
906 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
907 {
908         bool compound = PageCompound(page);
909         int i, bad = 0;
910
911         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
912         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
913
914         trace_mm_page_free(page, order);
915         kmemcheck_free_shadow(page, order);
916         kasan_free_pages(page, order);
917
918         if (PageAnon(page))
919                 page->mapping = NULL;
920         bad += free_pages_check(page);
921         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
922                 if (compound)
923                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
924                 bad += free_pages_check(page + i);
925         }
926         if (bad)
927                 return false;
928
929         reset_page_owner(page, order);
930
931         if (!PageHighMem(page)) {
932                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
933                                            PAGE_SIZE << order);
934                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
935                                            PAGE_SIZE << order);
936         }
937         arch_free_page(page, order);
938         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
939
940         return true;
941 }
942
943 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
944 {
945         unsigned long flags;
946         int migratetype;
947         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
948
949         if (!free_pages_prepare(page, order))
950                 return;
951
952         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
953         local_irq_save(flags);
954         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
955         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
956         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
957         local_irq_restore(flags);
958 }
959
960 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
961                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
962 {
963         unsigned int nr_pages = 1 << order;
964         struct page *p = page;
965         unsigned int loop;
966
967         prefetchw(p);
968         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
969                 prefetchw(p + 1);
970                 __ClearPageReserved(p);
971                 set_page_count(p, 0);
972         }
973         __ClearPageReserved(p);
974         set_page_count(p, 0);
975
976         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
977         set_page_refcounted(page);
978         __free_pages(page, order);
979 }
980
981 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
982         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
983
984 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
985
986 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
987 {
988         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
989         int nid;
990
991         spin_lock(&early_pfn_lock);
992         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
993         if (nid < 0)
994                 nid = 0;
995         spin_unlock(&early_pfn_lock);
996
997         return nid;
998 }
999 #endif
1000
1001 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1002 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1003                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1004 {
1005         int nid;
1006
1007         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1008         if (nid >= 0 && nid != node)
1009                 return false;
1010         return true;
1011 }
1012
1013 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1014 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1015 {
1016         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1017 }
1018
1019 #else
1020
1021 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1022 {
1023         return true;
1024 }
1025 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1026                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1027 {
1028         return true;
1029 }
1030 #endif
1031
1032
1033 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1034                                                         unsigned int order)
1035 {
1036         if (early_page_uninitialised(pfn))
1037                 return;
1038         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1039 }
1040
1041 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1042 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1043                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1044 {
1045         int i;
1046
1047         if (!page)
1048                 return;
1049
1050         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1051         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1052             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1053                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1054                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1055                 return;
1056         }
1057
1058         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1059                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1060 }
1061
1062 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1063 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1064 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1065
1066 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1067 {
1068         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1069                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1070 }
1071
1072 /* Initialise remaining memory on a node */
1073 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1074 {
1075         pg_data_t *pgdat = data;
1076         int nid = pgdat->node_id;
1077         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1078         unsigned long start = jiffies;
1079         unsigned long nr_pages = 0;
1080         unsigned long walk_start, walk_end;
1081         int i, zid;
1082         struct zone *zone;
1083         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1084         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1085
1086         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1087                 pgdat_init_report_one_done();
1088                 return 0;
1089         }
1090
1091         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1092         if (!cpumask_empty(cpumask))
1093                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1094
1095         /* Sanity check boundaries */
1096         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1097         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1098         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1099
1100         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1101         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1102                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1103                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1104                         break;
1105         }
1106
1107         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1108                 unsigned long pfn, end_pfn;
1109                 struct page *page = NULL;
1110                 struct page *free_base_page = NULL;
1111                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1112                 int nr_to_free = 0;
1113
1114                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1115                 pfn = first_init_pfn;
1116                 if (pfn < walk_start)
1117                         pfn = walk_start;
1118                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1119                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1120
1121                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1122                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1123                                 goto free_range;
1124
1125                         /*
1126                          * Ensure pfn_valid is checked every
1127                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1128                          */
1129                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1130                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1131                                         page = NULL;
1132                                         goto free_range;
1133                                 }
1134                         }
1135
1136                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1137                                 page = NULL;
1138                                 goto free_range;
1139                         }
1140
1141                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1142                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1143                                 page++;
1144                         } else {
1145                                 nr_pages += nr_to_free;
1146                                 deferred_free_range(free_base_page,
1147                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1148                                 free_base_page = NULL;
1149                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1150
1151                                 page = pfn_to_page(pfn);
1152                                 cond_resched();
1153                         }
1154
1155                         if (page->flags) {
1156                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1157                                 goto free_range;
1158                         }
1159
1160                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1161                         if (!free_base_page) {
1162                                 free_base_page = page;
1163                                 free_base_pfn = pfn;
1164                                 nr_to_free = 0;
1165                         }
1166                         nr_to_free++;
1167
1168                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1169                         continue;
1170 free_range:
1171                         /* Free the current block of pages to allocator */
1172                         nr_pages += nr_to_free;
1173                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1174                                                                 nr_to_free);
1175                         free_base_page = NULL;
1176                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1177                 }
1178
1179                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1180         }
1181
1182         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1183         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1184
1185         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1186                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1187
1188         pgdat_init_report_one_done();
1189         return 0;
1190 }
1191
1192 void __init page_alloc_init_late(void)
1193 {
1194         int nid;
1195
1196         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1197         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1198         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1199                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1200         }
1201
1202         /* Block until all are initialised */
1203         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1204
1205         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1206         files_maxfiles_init();
1207 }
1208 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1209
1210 #ifdef CONFIG_CMA
1211 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1212 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1213 {
1214         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1215         struct page *p = page;
1216
1217         do {
1218                 __ClearPageReserved(p);
1219                 set_page_count(p, 0);
1220         } while (++p, --i);
1221
1222         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1223
1224         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1225                 i = pageblock_nr_pages;
1226                 p = page;
1227                 do {
1228                         set_page_refcounted(p);
1229                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1230                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1231                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1232         } else {
1233                 set_page_refcounted(page);
1234                 __free_pages(page, pageblock_order);
1235         }
1236
1237         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1238 }
1239 #endif
1240
1241 /*
1242  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1243  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1244  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1245  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1246  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1247  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1248  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1249  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1250  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1251  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1252  *
1253  * -- nyc
1254  */
1255 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1256         int low, int high, struct free_area *area,
1257         int migratetype)
1258 {
1259         unsigned long size = 1 << high;
1260
1261         while (high > low) {
1262                 area--;
1263                 high--;
1264                 size >>= 1;
1265                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1266
1267                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1268                         debug_guardpage_enabled() &&
1269                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1270                         /*
1271                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1272                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1273                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1274                          * pages will stay not present in virtual address space
1275                          */
1276                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1277                         continue;
1278                 }
1279                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1280                 area->nr_free++;
1281                 set_page_order(&page[size], high);
1282         }
1283 }
1284
1285 /*
1286  * This page is about to be returned from the page allocator
1287  */
1288 static inline int check_new_page(struct page *page)
1289 {
1290         const char *bad_reason = NULL;
1291         unsigned long bad_flags = 0;
1292
1293         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1294                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1295         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1296                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1297         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1298                 bad_reason = "nonzero _count";
1299         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1300                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1301                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1302         }
1303 #ifdef CONFIG_MEMCG
1304         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1305                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1306 #endif
1307         if (unlikely(bad_reason)) {
1308                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1309                 return 1;
1310         }
1311         return 0;
1312 }
1313
1314 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1315                                                                 int alloc_flags)
1316 {
1317         int i;
1318
1319         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1320                 struct page *p = page + i;
1321                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1322                         return 1;
1323         }
1324
1325         set_page_private(page, 0);
1326         set_page_refcounted(page);
1327
1328         arch_alloc_page(page, order);
1329         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1330         kasan_alloc_pages(page, order);
1331
1332         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1333                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1334                         clear_highpage(page + i);
1335
1336         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1337                 prep_compound_page(page, order);
1338
1339         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1340
1341         /*
1342          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1343          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1344          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1345          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1346          */
1347         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1348
1349         return 0;
1350 }
1351
1352 /*
1353  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1354  * the smallest available page from the freelists
1355  */
1356 static inline
1357 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1358                                                 int migratetype)
1359 {
1360         unsigned int current_order;
1361         struct free_area *area;
1362         struct page *page;
1363
1364         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1365         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1366                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1367                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1368                         continue;
1369
1370                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1371                                                         struct page, lru);
1372                 list_del(&page->lru);
1373                 rmv_page_order(page);
1374                 area->nr_free--;
1375                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1376                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1377                 return page;
1378         }
1379
1380         return NULL;
1381 }
1382
1383
1384 /*
1385  * This array describes the order lists are fallen back to when
1386  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1387  */
1388 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1389         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1390         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1391         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1392 #ifdef CONFIG_CMA
1393         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1394 #endif
1395         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1396 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1397         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1398 #endif
1399 };
1400
1401 #ifdef CONFIG_CMA
1402 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1403                                         unsigned int order)
1404 {
1405         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1406 }
1407 #else
1408 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1409                                         unsigned int order) { return NULL; }
1410 #endif
1411
1412 /*
1413  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1414  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1415  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1416  */
1417 int move_freepages(struct zone *zone,
1418                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1419                           int migratetype)
1420 {
1421         struct page *page;
1422         unsigned long order;
1423         int pages_moved = 0;
1424
1425 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1426         /*
1427          * page_zone is not safe to call in this context when
1428          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1429          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1430          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1431          * grouping pages by mobility
1432          */
1433         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1434 #endif
1435
1436         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1437                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1438                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1439
1440                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1441                         page++;
1442                         continue;
1443                 }
1444
1445                 if (!PageBuddy(page)) {
1446                         page++;
1447                         continue;
1448                 }
1449
1450                 order = page_order(page);
1451                 list_move(&page->lru,
1452                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1453                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1454                 page += 1 << order;
1455                 pages_moved += 1 << order;
1456         }
1457
1458         return pages_moved;
1459 }
1460
1461 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1462                                 int migratetype)
1463 {
1464         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1465         struct page *start_page, *end_page;
1466
1467         start_pfn = page_to_pfn(page);
1468         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1469         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1470         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1471         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1472
1473         /* Do not cross zone boundaries */
1474         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1475                 start_page = page;
1476         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1477                 return 0;
1478
1479         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1480 }
1481
1482 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1483                                         int start_order, int migratetype)
1484 {
1485         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1486
1487         while (nr_pageblocks--) {
1488                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1489                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1490         }
1491 }
1492
1493 /*
1494  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1495  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1496  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1497  *
1498  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1499  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1500  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1501  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1502  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1503  * pageblocks.
1504  */
1505 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1506 {
1507         /*
1508          * Leaving this order check is intended, although there is
1509          * relaxed order check in next check. The reason is that
1510          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1511          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1512          * so could be changed anytime.
1513          */
1514         if (order >= pageblock_order)
1515                 return true;
1516
1517         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1518                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1519                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1520                 page_group_by_mobility_disabled)
1521                 return true;
1522
1523         return false;
1524 }
1525
1526 /*
1527  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1528  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1529  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1530  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1531  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1532  */
1533 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1534                                                           int start_type)
1535 {
1536         int current_order = page_order(page);
1537         int pages;
1538
1539         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1540         if (current_order >= pageblock_order) {
1541                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1542                 return;
1543         }
1544
1545         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1546
1547         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1548         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1549                         page_group_by_mobility_disabled)
1550                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1555  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1556  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1557  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1558  */
1559 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1560                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1561 {
1562         int i;
1563         int fallback_mt;
1564
1565         if (area->nr_free == 0)
1566                 return -1;
1567
1568         *can_steal = false;
1569         for (i = 0;; i++) {
1570                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1571                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1572                         break;
1573
1574                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1575                         continue;
1576
1577                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1578                         *can_steal = true;
1579
1580                 if (!only_stealable)
1581                         return fallback_mt;
1582
1583                 if (*can_steal)
1584                         return fallback_mt;
1585         }
1586
1587         return -1;
1588 }
1589
1590 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1591 static inline struct page *
1592 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1593 {
1594         struct free_area *area;
1595         unsigned int current_order;
1596         struct page *page;
1597         int fallback_mt;
1598         bool can_steal;
1599
1600         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1601         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1602                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1603                                 --current_order) {
1604                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1605                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1606                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1607                 if (fallback_mt == -1)
1608                         continue;
1609
1610                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1611                                                 struct page, lru);
1612                 if (can_steal)
1613                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1614
1615                 /* Remove the page from the freelists */
1616                 area->nr_free--;
1617                 list_del(&page->lru);
1618                 rmv_page_order(page);
1619
1620                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1621                                         start_migratetype);
1622                 /*
1623                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1624                  * migratetype depending on the decisions in
1625                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1626                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1627                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1628                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1629                  */
1630                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1631
1632                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1633                         start_migratetype, fallback_mt);
1634
1635                 return page;
1636         }
1637
1638         return NULL;
1639 }
1640
1641 /*
1642  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1643  * Call me with the zone->lock already held.
1644  */
1645 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1646                                                 int migratetype)
1647 {
1648         struct page *page;
1649
1650 retry_reserve:
1651         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1652
1653         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1654                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1655                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1656
1657                 if (!page)
1658                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1659
1660                 /*
1661                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1662                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1663                  * and we want just one call site
1664                  */
1665                 if (!page) {
1666                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1667                         goto retry_reserve;
1668                 }
1669         }
1670
1671         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1672         return page;
1673 }
1674
1675 /*
1676  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1677  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1678  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1679  */
1680 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1681                         unsigned long count, struct list_head *list,
1682                         int migratetype, bool cold)
1683 {
1684         int i;
1685
1686         spin_lock(&zone->lock);
1687         for (i = 0; i < count; ++i) {
1688                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1689                 if (unlikely(page == NULL))
1690                         break;
1691
1692                 /*
1693                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1694                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1695                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1696                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1697                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1698                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1699                  * properly.
1700                  */
1701                 if (likely(!cold))
1702                         list_add(&page->lru, list);
1703                 else
1704                         list_add_tail(&page->lru, list);
1705                 list = &page->lru;
1706                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1707                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1708                                               -(1 << order));
1709         }
1710         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1711         spin_unlock(&zone->lock);
1712         return i;
1713 }
1714
1715 #ifdef CONFIG_NUMA
1716 /*
1717  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1718  * currently executing processor on remote nodes after they have
1719  * expired.
1720  *
1721  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1722  * a single processor.
1723  */
1724 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1725 {
1726         unsigned long flags;
1727         int to_drain, batch;
1728
1729         local_irq_save(flags);
1730         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1731         to_drain = min(pcp->count, batch);
1732         if (to_drain > 0) {
1733                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1734                 pcp->count -= to_drain;
1735         }
1736         local_irq_restore(flags);
1737 }
1738 #endif
1739
1740 /*
1741  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1742  *
1743  * The processor must either be the current processor and the
1744  * thread pinned to the current processor or a processor that
1745  * is not online.
1746  */
1747 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1748 {
1749         unsigned long flags;
1750         struct per_cpu_pageset *pset;
1751         struct per_cpu_pages *pcp;
1752
1753         local_irq_save(flags);
1754         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1755
1756         pcp = &pset->pcp;
1757         if (pcp->count) {
1758                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1759                 pcp->count = 0;
1760         }
1761         local_irq_restore(flags);
1762 }
1763
1764 /*
1765  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1766  *
1767  * The processor must either be the current processor and the
1768  * thread pinned to the current processor or a processor that
1769  * is not online.
1770  */
1771 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1772 {
1773         struct zone *zone;
1774
1775         for_each_populated_zone(zone) {
1776                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1777         }
1778 }
1779
1780 /*
1781  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1782  *
1783  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1784  * the single zone's pages.
1785  */
1786 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1787 {
1788         int cpu = smp_processor_id();
1789
1790         if (zone)
1791                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1792         else
1793                 drain_pages(cpu);
1794 }
1795
1796 /*
1797  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1798  *
1799  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1800  *
1801  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1802  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1803  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1804  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1805  * before the call to on_each_cpu_mask().
1806  */
1807 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1808 {
1809         int cpu;
1810
1811         /*
1812          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1813          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1814          */
1815         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1816
1817         /*
1818          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1819          * as offline notification will cause the notified
1820          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1821          * disables preemption as part of its processing
1822          */
1823         for_each_online_cpu(cpu) {
1824                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1825                 struct zone *z;
1826                 bool has_pcps = false;
1827
1828                 if (zone) {
1829                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1830                         if (pcp->pcp.count)
1831                                 has_pcps = true;
1832                 } else {
1833                         for_each_populated_zone(z) {
1834                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1835                                 if (pcp->pcp.count) {
1836                                         has_pcps = true;
1837                                         break;
1838                                 }
1839                         }
1840                 }
1841
1842                 if (has_pcps)
1843                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1844                 else
1845                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1846         }
1847         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1848                                                                 zone, 1);
1849 }
1850
1851 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1852
1853 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1854 {
1855         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1856         unsigned long flags;
1857         unsigned int order, t;
1858         struct list_head *curr;
1859
1860         if (zone_is_empty(zone))
1861                 return;
1862
1863         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1864
1865         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1866         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1867                 if (pfn_valid(pfn)) {
1868                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1869
1870                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1871                                 swsusp_unset_page_free(page);
1872                 }
1873
1874         for_each_migratetype_order(order, t) {
1875                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1876                         unsigned long i;
1877
1878                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1879                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1880                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1881                 }
1882         }
1883         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1884 }
1885 #endif /* CONFIG_PM */
1886
1887 /*
1888  * Free a 0-order page
1889  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1890  */
1891 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1892 {
1893         struct zone *zone = page_zone(page);
1894         struct per_cpu_pages *pcp;
1895         unsigned long flags;
1896         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1897         int migratetype;
1898
1899         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1900                 return;
1901
1902         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1903         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1904         local_irq_save(flags);
1905         __count_vm_event(PGFREE);
1906
1907         /*
1908          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1909          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1910          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1911          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1912          * excessively into the page allocator
1913          */
1914         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1915                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1916                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1917                         goto out;
1918                 }
1919                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1920         }
1921
1922         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1923         if (!cold)
1924                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1925         else
1926                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1927         pcp->count++;
1928         if (pcp->count >= pcp->high) {
1929                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1930                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1931                 pcp->count -= batch;
1932         }
1933
1934 out:
1935         local_irq_restore(flags);
1936 }
1937
1938 /*
1939  * Free a list of 0-order pages
1940  */
1941 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1942 {
1943         struct page *page, *next;
1944
1945         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1946                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1947                 free_hot_cold_page(page, cold);
1948         }
1949 }
1950
1951 /*
1952  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1953  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1954  * Each sub-page must be freed individually.
1955  *
1956  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1957  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1958  */
1959 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1960 {
1961         int i;
1962         gfp_t gfp_mask;
1963
1964         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1965         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1966
1967 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1968         /*
1969          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1970          * otherwise free the whole shadow.
1971          */
1972         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1973                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1974 #endif
1975
1976         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
1977         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
1978         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1979                 set_page_refcounted(page + i);
1980                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
1981         }
1982 }
1983 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1984
1985 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1986 {
1987         unsigned long watermark;
1988         struct zone *zone;
1989         int mt;
1990
1991         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1992
1993         zone = page_zone(page);
1994         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1995
1996         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1997                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1998                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1999                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2000                         return 0;
2001
2002                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2003         }
2004
2005         /* Remove page from free list */
2006         list_del(&page->lru);
2007         zone->free_area[order].nr_free--;
2008         rmv_page_order(page);
2009
2010         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2011
2012         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2013         if (order >= pageblock_order - 1) {
2014                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2015                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2016                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2017                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2018                                 set_pageblock_migratetype(page,
2019                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2020                 }
2021         }
2022
2023
2024         return 1UL << order;
2025 }
2026
2027 /*
2028  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2029  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2030  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2031  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2032  * are enabled.
2033  *
2034  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2035  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2036  */
2037 int split_free_page(struct page *page)
2038 {
2039         unsigned int order;
2040         int nr_pages;
2041
2042         order = page_order(page);
2043
2044         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2045         if (!nr_pages)
2046                 return 0;
2047
2048         /* Split into individual pages */
2049         set_page_refcounted(page);
2050         split_page(page, order);
2051         return nr_pages;
2052 }
2053
2054 /*
2055  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2056  */
2057 static inline
2058 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2059                         struct zone *zone, unsigned int order,
2060                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2061 {
2062         unsigned long flags;
2063         struct page *page;
2064         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2065
2066         if (likely(order == 0)) {
2067                 struct per_cpu_pages *pcp;
2068                 struct list_head *list;
2069
2070                 local_irq_save(flags);
2071                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2072                 list = &pcp->lists[migratetype];
2073                 if (list_empty(list)) {
2074                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2075                                         pcp->batch, list,
2076                                         migratetype, cold);
2077                         if (unlikely(list_empty(list)))
2078                                 goto failed;
2079                 }
2080
2081                 if (cold)
2082                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2083                 else
2084                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2085
2086                 list_del(&page->lru);
2087                 pcp->count--;
2088         } else {
2089                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2090                         /*
2091                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2092                          *
2093                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2094                          * properly detect and handle allocation failures.
2095                          *
2096                          * We most definitely don't want callers attempting to
2097                          * allocate greater than order-1 page units with
2098                          * __GFP_NOFAIL.
2099                          */
2100                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2101                 }
2102                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2103                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2104                 spin_unlock(&zone->lock);
2105                 if (!page)
2106                         goto failed;
2107                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2108                                           get_freepage_migratetype(page));
2109         }
2110
2111         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2112         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2113             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2114                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2115
2116         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2117         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2118         local_irq_restore(flags);
2119
2120         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2121         return page;
2122
2123 failed:
2124         local_irq_restore(flags);
2125         return NULL;
2126 }
2127
2128 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2129
2130 static struct {
2131         struct fault_attr attr;
2132
2133         u32 ignore_gfp_highmem;
2134         u32 ignore_gfp_wait;
2135         u32 min_order;
2136 } fail_page_alloc = {
2137         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2138         .ignore_gfp_wait = 1,
2139         .ignore_gfp_highmem = 1,
2140         .min_order = 1,
2141 };
2142
2143 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2144 {
2145         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2146 }
2147 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2148
2149 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2150 {
2151         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2152                 return false;
2153         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2154                 return false;
2155         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2156                 return false;
2157         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2158                 return false;
2159
2160         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2161 }
2162
2163 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2164
2165 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2166 {
2167         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2168         struct dentry *dir;
2169
2170         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2171                                         &fail_page_alloc.attr);
2172         if (IS_ERR(dir))
2173                 return PTR_ERR(dir);
2174
2175         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2176                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2177                 goto fail;
2178         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2179                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2180                 goto fail;
2181         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2182                                 &fail_page_alloc.min_order))
2183                 goto fail;
2184
2185         return 0;
2186 fail:
2187         debugfs_remove_recursive(dir);
2188
2189         return -ENOMEM;
2190 }
2191
2192 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2193
2194 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2195
2196 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2197
2198 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2199 {
2200         return false;
2201 }
2202
2203 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2204
2205 /*
2206  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2207  * of the allocation.
2208  */
2209 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2210                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2211                         long free_pages)
2212 {
2213         /* free_pages may go negative - that's OK */
2214         long min = mark;
2215         int o;
2216         long free_cma = 0;
2217
2218         free_pages -= (1 << order) - 1;
2219         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2220                 min -= min / 2;
2221         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2222                 min -= min / 4;
2223 #ifdef CONFIG_CMA
2224         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2225         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2226                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2227 #endif
2228
2229         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2230                 return false;
2231         for (o = 0; o < order; o++) {
2232                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2233                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2234
2235                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2236                 min >>= 1;
2237
2238                 if (free_pages <= min)
2239                         return false;
2240         }
2241         return true;
2242 }
2243
2244 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2245                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2246 {
2247         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2248                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2249 }
2250
2251 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2252                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2253 {
2254         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2255
2256         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2257                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2258
2259         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2260                                                                 free_pages);
2261 }
2262
2263 #ifdef CONFIG_NUMA
2264 /*
2265  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2266  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2267  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2268  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2269  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2270  *
2271  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2272  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2273  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2274  *
2275  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2276  * nothing and returns NULL.
2277  *
2278  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2279  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2280  *
2281  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2282  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2283  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2284  * quickly as we can.
2285  */
2286 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2287 {
2288         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2289         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2290
2291         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2292         if (!zlc)
2293                 return NULL;
2294
2295         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2296                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2297                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2298         }
2299
2300         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2301                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2302                                         &node_states[N_MEMORY];
2303         return allowednodes;
2304 }
2305
2306 /*
2307  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2308  * if it is worth looking at further for free memory:
2309  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2310  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2311  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2312  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2313  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2314  * else return false (zero) if it is not.
2315  *
2316  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2317  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2318  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2319  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2320  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2321  * into the second scan of the zonelist.
2322  *
2323  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2324  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2325  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2326  * unturned looking for a free page.
2327  */
2328 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2329                                                 nodemask_t *allowednodes)
2330 {
2331         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2332         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2333         int n;                          /* node that zone *z is on */
2334
2335         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2336         if (!zlc)
2337                 return 1;
2338
2339         i = z - zonelist->_zonerefs;
2340         n = zlc->z_to_n[i];
2341
2342         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2343         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2344 }
2345
2346 /*
2347  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2348  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2349  * from that zone don't waste time re-examining it.
2350  */
2351 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2352 {
2353         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2354         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2355
2356         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2357         if (!zlc)
2358                 return;
2359
2360         i = z - zonelist->_zonerefs;
2361
2362         set_bit(i, zlc->fullzones);
2363 }
2364
2365 /*
2366  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2367  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2368  */
2369 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2370 {
2371         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2372
2373         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2374         if (!zlc)
2375                 return;
2376
2377         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2378 }
2379
2380 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2381 {
2382         return local_zone->node == zone->node;
2383 }
2384
2385 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2386 {
2387         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2388                                 RECLAIM_DISTANCE;
2389 }
2390
2391 #else   /* CONFIG_NUMA */
2392
2393 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2394 {
2395         return NULL;
2396 }
2397
2398 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2399                                 nodemask_t *allowednodes)
2400 {
2401         return 1;
2402 }
2403
2404 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2405 {
2406 }
2407
2408 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2409 {
2410 }
2411
2412 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2413 {
2414         return true;
2415 }
2416
2417 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2418 {
2419         return true;
2420 }
2421
2422 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2423
2424 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2425 {
2426         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2427
2428         do {
2429                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2430                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2431                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2432                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2433         } while (zone++ != preferred_zone);
2434 }
2435
2436 /*
2437  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2438  * a page.
2439  */
2440 static struct page *
2441 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2442                                                 const struct alloc_context *ac)
2443 {
2444         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2445         struct zoneref *z;
2446         struct page *page = NULL;
2447         struct zone *zone;
2448         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2449         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2450         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2451         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2452                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2453         int nr_fair_skipped = 0;
2454         bool zonelist_rescan;
2455
2456 zonelist_scan:
2457         zonelist_rescan = false;
2458
2459         /*
2460          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2461          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2462          */
2463         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2464                                                                 ac->nodemask) {
2465                 unsigned long mark;
2466
2467                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2468                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2469                                 continue;
2470                 if (cpusets_enabled() &&
2471                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2472                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2473                                 continue;
2474                 /*
2475                  * Distribute pages in proportion to the individual
2476                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2477                  * page was allocated in should have no effect on the
2478                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2479                  */
2480                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2481                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2482                                 break;
2483                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2484                                 nr_fair_skipped++;
2485                                 continue;
2486                         }
2487                 }
2488                 /*
2489                  * When allocating a page cache page for writing, we
2490                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2491                  * limit, such that no single zone holds more than its
2492                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2493                  * The dirty limits take into account the zone's
2494                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2495                  * should be able to balance it without having to
2496                  * write pages from its LRU list.
2497                  *
2498                  * This may look like it could increase pressure on
2499                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2500                  * before they are full.  But the pages that do spill
2501                  * over are limited as the lower zones are protected
2502                  * by this very same mechanism.  It should not become
2503                  * a practical burden to them.
2504                  *
2505                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2506                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2507                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2508                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2509                  * zones are together not big enough to reach the
2510                  * global limit.  The proper fix for these situations
2511                  * will require awareness of zones in the
2512                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2513                  */
2514                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2515                         continue;
2516
2517                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2518                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2519                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2520                         int ret;
2521
2522                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2523                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2524                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2525                                 goto try_this_zone;
2526
2527                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2528                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2529                                 /*
2530                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2531                                  * and before considering the first zone allowed
2532                                  * by the cpuset.
2533                                  */
2534                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2535                                 zlc_active = 1;
2536                                 did_zlc_setup = 1;
2537                         }
2538
2539                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2540                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2541                                 goto this_zone_full;
2542
2543                         /*
2544                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2545                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2546                          */
2547                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2548                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2549                                 continue;
2550
2551                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2552                         switch (ret) {
2553                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2554                                 /* did not scan */
2555                                 continue;
2556                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2557                                 /* scanned but unreclaimable */
2558                                 continue;
2559                         default:
2560                                 /* did we reclaim enough */
2561                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2562                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2563                                         goto try_this_zone;
2564
2565                                 /*
2566                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2567                                  * Only mark the zone full if checking the min
2568                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2569                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2570                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2571                                  * when the watermark is between the low and
2572                                  * min watermarks.
2573                                  */
2574                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2575                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2576                                         goto this_zone_full;
2577
2578                                 continue;
2579                         }
2580                 }
2581
2582 try_this_zone:
2583                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2584                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2585                 if (page) {
2586                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2587                                 goto try_this_zone;
2588                         return page;
2589                 }
2590 this_zone_full:
2591                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2592                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2593         }
2594
2595         /*
2596          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2597          * local node.  However, the local node might have free pages left
2598          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2599          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2600          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2601          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2602          */
2603         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2604                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2605                 if (nr_fair_skipped) {
2606                         zonelist_rescan = true;
2607                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2608                 }
2609                 if (nr_online_nodes > 1)
2610                         zonelist_rescan = true;
2611         }
2612
2613         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2614                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2615                 zlc_active = 0;
2616                 zonelist_rescan = true;
2617         }
2618
2619         if (zonelist_rescan)
2620                 goto zonelist_scan;
2621
2622         return NULL;
2623 }
2624
2625 /*
2626  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2627  * meminfo in irq context.
2628  */
2629 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2630 {
2631         bool ret = false;
2632
2633 #if NODES_SHIFT > 8
2634         ret = in_interrupt();
2635 #endif
2636         return ret;
2637 }
2638
2639 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2640                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2641                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2642
2643 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2644 {
2645         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2646
2647         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2648             debug_guardpage_minorder() > 0)
2649                 return;
2650
2651         /*
2652          * This documents exceptions given to allocations in certain
2653          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2654          * of allowed nodes.
2655          */
2656         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2657                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2658                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2659                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2660         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2661                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2662
2663         if (fmt) {
2664                 struct va_format vaf;
2665                 va_list args;
2666
2667                 va_start(args, fmt);
2668
2669                 vaf.fmt = fmt;
2670                 vaf.va = &args;
2671
2672                 pr_warn("%pV", &vaf);
2673
2674                 va_end(args);
2675         }
2676
2677         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2678                 current->comm, order, gfp_mask);
2679
2680         dump_stack();
2681         if (!should_suppress_show_mem())
2682                 show_mem(filter);
2683 }
2684
2685 static inline struct page *
2686 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2687         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2688 {
2689         struct page *page;
2690
2691         *did_some_progress = 0;
2692
2693         /*
2694          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2695          * making progress for us.
2696          */
2697         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2698                 *did_some_progress = 1;
2699                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2700                 return NULL;
2701         }
2702
2703         /*
2704          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2705          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2706          * we're still under heavy pressure.
2707          */
2708         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2709                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2710         if (page)
2711                 goto out;
2712
2713         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2714                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2715                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2716                         goto out;
2717                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2718                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2719                         goto out;
2720                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2721                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2722                         goto out;
2723                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2724                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2725                         /*
2726                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2727                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2728                          * keep looping as per tradition.
2729                          */
2730                         *did_some_progress = 1;
2731                         goto out;
2732                 }
2733                 if (pm_suspended_storage())
2734                         goto out;
2735                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2736                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2737                         goto out;
2738         }
2739         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2740         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2741                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2742                 *did_some_progress = 1;
2743 out:
2744         mutex_unlock(&oom_lock);
2745         return page;
2746 }
2747
2748 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2749 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2750 static struct page *
2751 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2752                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2753                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2754                 bool *deferred_compaction)
2755 {
2756         unsigned long compact_result;
2757         struct page *page;
2758
2759         if (!order)
2760                 return NULL;
2761
2762         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2763         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2764                                                 mode, contended_compaction);
2765         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2766
2767         switch (compact_result) {
2768         case COMPACT_DEFERRED:
2769                 *deferred_compaction = true;
2770                 /* fall-through */
2771         case COMPACT_SKIPPED:
2772                 return NULL;
2773         default:
2774                 break;
2775         }
2776
2777         /*
2778          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2779          * count a compaction stall
2780          */
2781         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2782
2783         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2784                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2785
2786         if (page) {
2787                 struct zone *zone = page_zone(page);
2788
2789                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2790                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2791                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2792                 return page;
2793         }
2794
2795         /*
2796          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2797          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2798          */
2799         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2800
2801         cond_resched();
2802
2803         return NULL;
2804 }
2805 #else
2806 static inline struct page *
2807 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2808                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2809                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2810                 bool *deferred_compaction)
2811 {
2812         return NULL;
2813 }
2814 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2815
2816 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2817 static int
2818 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2819                                         const struct alloc_context *ac)
2820 {
2821         struct reclaim_state reclaim_state;
2822         int progress;
2823
2824         cond_resched();
2825
2826         /* We now go into synchronous reclaim */
2827         cpuset_memory_pressure_bump();
2828         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2829         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2830         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2831         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2832
2833         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2834                                                                 ac->nodemask);
2835
2836         current->reclaim_state = NULL;
2837         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2838         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2839
2840         cond_resched();
2841
2842         return progress;
2843 }
2844
2845 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2846 static inline struct page *
2847 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2848                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2849                 unsigned long *did_some_progress)
2850 {
2851         struct page *page = NULL;
2852         bool drained = false;
2853
2854         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2855         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2856                 return NULL;
2857
2858         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2859         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2860                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2861
2862 retry:
2863         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2864                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2865
2866         /*
2867          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2868          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2869          */
2870         if (!page && !drained) {
2871                 drain_all_pages(NULL);
2872                 drained = true;
2873                 goto retry;
2874         }
2875
2876         return page;
2877 }
2878
2879 /*
2880  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2881  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2882  */
2883 static inline struct page *
2884 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2885                                 const struct alloc_context *ac)
2886 {
2887         struct page *page;
2888
2889         do {
2890                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2891                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2892
2893                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2894                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2895                                                                         HZ/50);
2896         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2897
2898         return page;
2899 }
2900
2901 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2902 {
2903         struct zoneref *z;
2904         struct zone *zone;
2905
2906         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2907                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2908                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2909 }
2910
2911 static inline int
2912 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2913 {
2914         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2915         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2916
2917         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2918         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2919
2920         /*
2921          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2922          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2923          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2924          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2925          */
2926         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2927
2928         if (atomic) {
2929                 /*
2930                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2931                  * if it can't schedule.
2932                  */
2933                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2934                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2935                 /*
2936                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2937                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2938                  */
2939                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2940         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2941                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2942
2943         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2944                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2945                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2946                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2947                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2948                 else if (!in_interrupt() &&
2949                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2950                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2951                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2952         }
2953 #ifdef CONFIG_CMA
2954         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2955                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2956 #endif
2957         return alloc_flags;
2958 }
2959
2960 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2961 {
2962         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2963 }
2964
2965 static inline struct page *
2966 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2967                                                 struct alloc_context *ac)
2968 {
2969         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2970         struct page *page = NULL;
2971         int alloc_flags;
2972         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2973         unsigned long did_some_progress;
2974         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2975         bool deferred_compaction = false;
2976         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2977
2978         /*
2979          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2980          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2981          * be using allocators in order of preference for an area that is
2982          * too large.
2983          */
2984         if (order >= MAX_ORDER) {
2985                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2986                 return NULL;
2987         }
2988
2989         /*
2990          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2991          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2992          * speculative node-specific allocation.
2993          */
2994         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2995                 goto nopage;
2996
2997 retry:
2998         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2999                 wake_all_kswapds(order, ac);
3000
3001         /*
3002          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3003          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3004          * to how we want to proceed.
3005          */
3006         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3007
3008         /*
3009          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3010          * cpusets.
3011          */
3012         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3013                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3014                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3015                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3016                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3017         }
3018
3019         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3020         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3021                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3022         if (page)
3023                 goto got_pg;
3024
3025         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3026         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3027                 /*
3028                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3029                  * the allocation is high priority and these type of
3030                  * allocations are system rather than user orientated
3031                  */
3032                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3033
3034                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3035
3036                 if (page) {
3037                         goto got_pg;
3038                 }
3039         }
3040
3041         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
3042         if (!wait) {
3043                 /*
3044                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3045                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3046                  * type of allocation to fail.
3047                  */
3048                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3049                 goto nopage;
3050         }
3051
3052         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3053         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3054                 goto nopage;
3055
3056         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3057         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3058                 goto nopage;
3059
3060         /*
3061          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3062          * attempts after direct reclaim are synchronous
3063          */
3064         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3065                                         migration_mode,
3066                                         &contended_compaction,
3067                                         &deferred_compaction);
3068         if (page)
3069                 goto got_pg;
3070
3071         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3072         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3073                 /*
3074                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3075                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3076                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3077                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3078                  * instead of entering direct reclaim.
3079                  */
3080                 if (deferred_compaction)
3081                         goto nopage;
3082
3083                 /*
3084                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3085                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3086                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3087                  * so we fallback to base pages instead.
3088                  */
3089                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3090                         goto nopage;
3091
3092                 /*
3093                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3094                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3095                  * khugepaged trying to collapse.
3096                  */
3097                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3098                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3099                         goto nopage;
3100         }
3101
3102         /*
3103          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3104          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3105          * khugepaged trying to collapse.
3106          */
3107         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3108                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3109                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3110
3111         /* Try direct reclaim and then allocating */
3112         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3113                                                         &did_some_progress);
3114         if (page)
3115                 goto got_pg;
3116
3117         /* Do not loop if specifically requested */
3118         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3119                 goto noretry;
3120
3121         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3122         pages_reclaimed += did_some_progress;
3123         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3124             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3125                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3126                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3127                 goto retry;
3128         }
3129
3130         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3131         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3132         if (page)
3133                 goto got_pg;
3134
3135         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3136         if (did_some_progress)
3137                 goto retry;
3138
3139 noretry:
3140         /*
3141          * High-order allocations do not necessarily loop after
3142          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3143          * being called after reclaim so call directly if necessary
3144          */
3145         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3146                                             ac, migration_mode,
3147                                             &contended_compaction,
3148                                             &deferred_compaction);
3149         if (page)
3150                 goto got_pg;
3151 nopage:
3152         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3153 got_pg:
3154         return page;
3155 }
3156
3157 /*
3158  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3159  */
3160 struct page *
3161 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3162                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3163 {
3164         struct zoneref *preferred_zoneref;
3165         struct page *page = NULL;
3166         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3167         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3168         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3169         struct alloc_context ac = {
3170                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3171                 .nodemask = nodemask,
3172                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3173         };
3174
3175         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3176
3177         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3178
3179         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3180
3181         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3182                 return NULL;
3183
3184         /*
3185          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3186          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3187          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3188          */
3189         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3190                 return NULL;
3191
3192         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3193                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3194
3195 retry_cpuset:
3196         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3197
3198         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3199         ac.zonelist = zonelist;
3200         /* The preferred zone is used for statistics later */
3201         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3202                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3203                                 &ac.preferred_zone);
3204         if (!ac.preferred_zone)
3205                 goto out;
3206         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3207
3208         /* First allocation attempt */
3209         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3210         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3211         if (unlikely(!page)) {
3212                 /*
3213                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3214                  * can deadlock because I/O on the device might not
3215                  * complete.
3216                  */
3217                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3218
3219                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3220         }
3221
3222         if (kmemcheck_enabled && page)
3223                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3224
3225         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3226
3227 out:
3228         /*
3229          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3230          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3231          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3232          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3233          */
3234         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3235                 goto retry_cpuset;
3236
3237         return page;
3238 }
3239 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3240
3241 /*
3242  * Common helper functions.
3243  */
3244 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3245 {
3246         struct page *page;
3247
3248         /*
3249          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3250          * a highmem page
3251          */
3252         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3253
3254         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3255         if (!page)
3256                 return 0;
3257         return (unsigned long) page_address(page);
3258 }
3259 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3260
3261 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3262 {
3263         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3264 }
3265 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3266
3267 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3268 {
3269         if (put_page_testzero(page)) {
3270                 if (order == 0)
3271                         free_hot_cold_page(page, false);
3272                 else
3273                         __free_pages_ok(page, order);
3274         }
3275 }
3276
3277 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3278
3279 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3280 {
3281         if (addr != 0) {
3282                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3283                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3284         }
3285 }
3286
3287 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3288
3289 /*
3290  * Page Fragment:
3291  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3292  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3293  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3294  *
3295  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3296  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3297  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3298  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3299  */
3300 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3301                                        gfp_t gfp_mask)
3302 {
3303         struct page *page = NULL;
3304         gfp_t gfp = gfp_mask;
3305
3306 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3307         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3308                     __GFP_NOMEMALLOC;
3309         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3310                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3311         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3312 #endif
3313         if (unlikely(!page))
3314                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3315
3316         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3317
3318         return page;
3319 }
3320
3321 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3322                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3323 {
3324         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3325         struct page *page;
3326         int offset;
3327
3328         if (unlikely(!nc->va)) {
3329 refill:
3330                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3331                 if (!page)
3332                         return NULL;
3333
3334 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3335                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3336                 size = nc->size;
3337 #endif
3338                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3339                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3340                  */
3341                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3342
3343                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3344                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3345                 nc->pagecnt_bias = size;
3346                 nc->offset = size;
3347         }
3348
3349         offset = nc->offset - fragsz;
3350         if (unlikely(offset < 0)) {
3351                 page = virt_to_page(nc->va);
3352
3353                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3354                         goto refill;
3355
3356 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3357                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3358                 size = nc->size;
3359 #endif
3360                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3361                 atomic_set(&page->_count, size);
3362
3363                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3364                 nc->pagecnt_bias = size;
3365                 offset = size - fragsz;
3366         }
3367
3368         nc->pagecnt_bias--;
3369         nc->offset = offset;
3370
3371         return nc->va + offset;
3372 }
3373 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3374
3375 /*
3376  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3377  */
3378 void __free_page_frag(void *addr)
3379 {
3380         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3381
3382         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3383                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3384 }
3385 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3386
3387 /*
3388  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3389  * of the current memory cgroup.
3390  *
3391  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3392  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3393  */
3394 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3395 {
3396         struct page *page;
3397         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3398
3399         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3400                 return NULL;
3401         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3402         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3403         return page;
3404 }
3405
3406 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3407 {
3408         struct page *page;
3409         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3410
3411         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3412                 return NULL;
3413         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3414         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3415         return page;
3416 }
3417
3418 /*
3419  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3420  * alloc_kmem_pages.
3421  */
3422 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3423 {
3424         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3425         __free_pages(page, order);
3426 }
3427
3428 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3429 {
3430         if (addr != 0) {
3431                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3432                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3433         }
3434 }
3435
3436 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3437 {
3438         if (addr) {
3439                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3440                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3441
3442                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3443                 while (used < alloc_end) {
3444                         free_page(used);
3445                         used += PAGE_SIZE;
3446                 }
3447         }
3448         return (void *)addr;
3449 }
3450
3451 /**
3452  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3453  * @size: the number of bytes to allocate
3454  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3455  *
3456  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3457  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3458  * allocate memory in power-of-two pages.
3459  *
3460  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3461  *
3462  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3463  */
3464 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3465 {
3466         unsigned int order = get_order(size);
3467         unsigned long addr;
3468
3469         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3470         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3471 }
3472 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3473
3474 /**
3475  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3476  *                         pages on a node.
3477  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3478  * @size: the number of bytes to allocate
3479  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3480  *
3481  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3482  * back.
3483  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3484  * but is not exact.
3485  */
3486 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3487 {
3488         unsigned order = get_order(size);
3489         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3490         if (!p)
3491                 return NULL;
3492         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3493 }
3494
3495 /**
3496  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3497  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3498  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3499  *
3500  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3501  */
3502 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3503 {
3504         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3505         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3506
3507         while (addr < end) {
3508                 free_page(addr);
3509                 addr += PAGE_SIZE;
3510         }
3511 }
3512 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3513
3514 /**
3515  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3516  * @offset: The zone index of the highest zone
3517  *
3518  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3519  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3520  * zone, the number of pages is calculated as:
3521  *     managed_pages - high_pages
3522  */
3523 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3524 {
3525         struct zoneref *z;
3526         struct zone *zone;
3527
3528         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3529         unsigned long sum = 0;
3530
3531         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3532
3533         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3534                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3535                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3536                 if (size > high)
3537                         sum += size - high;
3538         }
3539
3540         return sum;
3541 }
3542
3543 /**
3544  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3545  *
3546  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3547  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3548  */
3549 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3550 {
3551         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3552 }
3553 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3554
3555 /**
3556  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3557  *
3558  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3559  * high watermark within all zones.
3560  */
3561 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3562 {
3563         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3564 }
3565
3566 static inline void show_node(struct zone *zone)
3567 {
3568         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3569                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3570 }
3571
3572 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3573 {
3574         val->totalram = totalram_pages;
3575         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3576         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3577         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3578         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3579         val->freehigh = nr_free_highpages();
3580         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3581 }
3582
3583 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3584
3585 #ifdef CONFIG_NUMA
3586 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3587 {
3588         int zone_type;          /* needs to be signed */
3589         unsigned long managed_pages = 0;
3590         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3591
3592         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3593                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3594         val->totalram = managed_pages;
3595         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3596         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3597 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3598         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3599         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3600                         NR_FREE_PAGES);
3601 #else
3602         val->totalhigh = 0;
3603         val->freehigh = 0;
3604 #endif
3605         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3606 }
3607 #endif
3608
3609 /*
3610  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3611  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3612  */
3613 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3614 {
3615         bool ret = false;
3616         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3617
3618         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3619                 goto out;
3620
3621         do {
3622                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3623                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3624         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3625 out:
3626         return ret;
3627 }
3628
3629 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3630
3631 static void show_migration_types(unsigned char type)
3632 {
3633         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3634                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3635                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3636                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3637                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3638 #ifdef CONFIG_CMA
3639                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3640 #endif
3641 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3642                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3643 #endif
3644         };
3645         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3646         char *p = tmp;
3647         int i;
3648
3649         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3650                 if (type & (1 << i))
3651                         *p++ = types[i];
3652         }
3653
3654         *p = '\0';
3655         printk("(%s) ", tmp);
3656 }
3657
3658 /*
3659  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3660  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3661  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3662  *
3663  * Bits in @filter:
3664  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3665  *   cpuset.
3666  */
3667 void show_free_areas(unsigned int filter)
3668 {
3669         unsigned long free_pcp = 0;
3670         int cpu;
3671         struct zone *zone;
3672
3673         for_each_populated_zone(zone) {
3674                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3675                         continue;
3676
3677                 for_each_online_cpu(cpu)
3678                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3679         }
3680
3681         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3682                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3683                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3684                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3685                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3686                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3687                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3688                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3689                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3690                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3691                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3692                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3693                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3694                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3695                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3696                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3697                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3698                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3699                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3700                 global_page_state(NR_SHMEM),
3701                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3702                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3703                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3704                 free_pcp,
3705                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3706
3707         for_each_populated_zone(zone) {
3708                 int i;
3709
3710                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3711                         continue;
3712
3713                 free_pcp = 0;
3714                 for_each_online_cpu(cpu)
3715                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3716
3717                 show_node(zone);
3718                 printk("%s"
3719                         " free:%lukB"
3720                         " min:%lukB"
3721                         " low:%lukB"
3722                         " high:%lukB"
3723                         " active_anon:%lukB"
3724                         " inactive_anon:%lukB"
3725                         " active_file:%lukB"
3726                         " inactive_file:%lukB"
3727                         " unevictable:%lukB"
3728                         " isolated(anon):%lukB"
3729                         " isolated(file):%lukB"
3730                         " present:%lukB"
3731                         " managed:%lukB"
3732                         " mlocked:%lukB"
3733                         " dirty:%lukB"
3734                         " writeback:%lukB"
3735                         " mapped:%lukB"
3736                         " shmem:%lukB"
3737                         " slab_reclaimable:%lukB"
3738                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3739                         " kernel_stack:%lukB"
3740                         " pagetables:%lukB"
3741                         " unstable:%lukB"
3742                         " bounce:%lukB"
3743                         " free_pcp:%lukB"
3744                         " local_pcp:%ukB"
3745                         " free_cma:%lukB"
3746                         " writeback_tmp:%lukB"
3747                         " pages_scanned:%lu"
3748                         " all_unreclaimable? %s"
3749                         "\n",
3750                         zone->name,
3751                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3752                         K(min_wmark_pages(zone)),
3753                         K(low_wmark_pages(zone)),
3754                         K(high_wmark_pages(zone)),
3755                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3756                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3757                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3758                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3759                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3760                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3761                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3762                         K(zone->present_pages),
3763                         K(zone->managed_pages),
3764                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3765                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3766                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3767                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3768                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3769                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3770                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3771                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3772                                 THREAD_SIZE / 1024,
3773                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3774                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3775                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3776                         K(free_pcp),
3777                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3778                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3779                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3780                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3781                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3782                         );
3783                 printk("lowmem_reserve[]:");
3784                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3785                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3786                 printk("\n");
3787         }
3788
3789         for_each_populated_zone(zone) {
3790                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3791                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3792
3793                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3794                         continue;
3795                 show_node(zone);
3796                 printk("%s: ", zone->name);
3797
3798                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3799                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3800                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3801                         int type;
3802
3803                         nr[order] = area->nr_free;
3804                         total += nr[order] << order;
3805
3806                         types[order] = 0;
3807                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3808                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3809                                         types[order] |= 1 << type;
3810                         }
3811                 }
3812                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3813                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3814                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3815                         if (nr[order])
3816                                 show_migration_types(types[order]);
3817                 }
3818                 printk("= %lukB\n", K(total));
3819         }
3820
3821         hugetlb_show_meminfo();
3822
3823         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3824
3825         show_swap_cache_info();
3826 }
3827
3828 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3829 {
3830         zoneref->zone = zone;
3831         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3832 }
3833
3834 /*
3835  * Builds allocation fallback zone lists.
3836  *
3837  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3838  */
3839 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3840                                 int nr_zones)
3841 {
3842         struct zone *zone;
3843         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3844
3845         do {
3846                 zone_type--;
3847                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3848                 if (populated_zone(zone)) {
3849                         zoneref_set_zone(zone,
3850                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3851                         check_highest_zone(zone_type);
3852                 }
3853         } while (zone_type);
3854
3855         return nr_zones;
3856 }
3857
3858
3859 /*
3860  *  zonelist_order:
3861  *  0 = automatic detection of better ordering.
3862  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3863  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3864  *
3865  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3866  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3867  */
3868 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3869 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3870 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3871
3872 /* zonelist order in the kernel.
3873  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3874  */
3875 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3876 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3877
3878
3879 #ifdef CONFIG_NUMA
3880 /* The value user specified ....changed by config */
3881 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3882 /* string for sysctl */
3883 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3884 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3885
3886 /*
3887  * interface for configure zonelist ordering.
3888  * command line option "numa_zonelist_order"
3889  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3890  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3891  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3892  */
3893
3894 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3895 {
3896         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3897                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3898         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3899                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3900         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3901                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3902         } else {
3903                 printk(KERN_WARNING
3904                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3905                         "%s\n", s);
3906                 return -EINVAL;
3907         }
3908         return 0;
3909 }
3910
3911 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3912 {
3913         int ret;
3914
3915         if (!s)
3916                 return 0;
3917
3918         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3919         if (ret == 0)
3920                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3921
3922         return ret;
3923 }
3924 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3925
3926 /*
3927  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3928  */
3929 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3930                 void __user *buffer, size_t *length,
3931                 loff_t *ppos)
3932 {
3933         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3934         int ret;
3935         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3936
3937         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3938         if (write) {
3939                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3940                         ret = -EINVAL;
3941                         goto out;
3942                 }
3943                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3944         }
3945         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3946         if (ret)
3947                 goto out;
3948         if (write) {
3949                 int oldval = user_zonelist_order;
3950
3951                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3952                 if (ret) {
3953                         /*
3954                          * bogus value.  restore saved string
3955                          */
3956                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3957                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3958                         user_zonelist_order = oldval;
3959                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3960                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3961                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3962                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3963                 }
3964         }
3965 out:
3966         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3967         return ret;
3968 }
3969
3970
3971 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3972 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3973
3974 /**
3975  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3976  * @node: node whose fallback list we're appending
3977  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3978  *
3979  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3980  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3981  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3982  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3983  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3984  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3985  * on them otherwise.
3986  * It returns -1 if no node is found.
3987  */
3988 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3989 {
3990         int n, val;
3991         int min_val = INT_MAX;
3992         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3993         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3994
3995         /* Use the local node if we haven't already */
3996         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3997                 node_set(node, *used_node_mask);
3998                 return node;
3999         }
4000
4001         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4002
4003                 /* Don't want a node to appear more than once */
4004                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4005                         continue;
4006
4007                 /* Use the distance array to find the distance */
4008                 val = node_distance(node, n);
4009
4010                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4011                 val += (n < node);
4012
4013                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4014                 tmp = cpumask_of_node(n);
4015                 if (!cpumask_empty(tmp))
4016                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4017
4018                 /* Slight preference for less loaded node */
4019                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4020                 val += node_load[n];
4021
4022                 if (val < min_val) {
4023                         min_val = val;
4024                         best_node = n;
4025                 }
4026         }
4027
4028         if (best_node >= 0)
4029                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4030
4031         return best_node;
4032 }
4033
4034
4035 /*
4036  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4037  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4038  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4039  */
4040 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4041 {
4042         int j;
4043         struct zonelist *zonelist;
4044
4045         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4046         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4047                 ;
4048         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4049         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4050         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4051 }
4052
4053 /*
4054  * Build gfp_thisnode zonelists
4055  */
4056 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4057 {
4058         int j;
4059         struct zonelist *zonelist;
4060
4061         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4062         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4063         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4064         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4065 }
4066
4067 /*
4068  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4069  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4070  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4071  * may still exist in local DMA zone.
4072  */
4073 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4074
4075 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4076 {
4077         int pos, j, node;
4078         int zone_type;          /* needs to be signed */
4079         struct zone *z;
4080         struct zonelist *zonelist;
4081
4082         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4083         pos = 0;
4084         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4085                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4086                         node = node_order[j];
4087                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4088                         if (populated_zone(z)) {
4089                                 zoneref_set_zone(z,
4090                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4091                                 check_highest_zone(zone_type);
4092                         }
4093                 }
4094         }
4095         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4096         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4097 }
4098
4099 #if defined(CONFIG_64BIT)
4100 /*
4101  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4102  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4103  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4104  */
4105 static int default_zonelist_order(void)
4106 {
4107         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4108 }
4109 #else
4110 /*
4111  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4112  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4113  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4114  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4115  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4116  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4117  */
4118 static int default_zonelist_order(void)
4119 {
4120         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4121 }
4122 #endif /* CONFIG_64BIT */
4123
4124 static void set_zonelist_order(void)
4125 {
4126         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4127                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4128         else
4129                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4130 }
4131
4132 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4133 {
4134         int j, node, load;
4135         enum zone_type i;
4136         nodemask_t used_mask;
4137         int local_node, prev_node;
4138         struct zonelist *zonelist;
4139         int order = current_zonelist_order;
4140
4141         /* initialize zonelists */
4142         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4143                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4144                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4145                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4146         }
4147
4148         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4149         local_node = pgdat->node_id;
4150         load = nr_online_nodes;
4151         prev_node = local_node;
4152         nodes_clear(used_mask);
4153
4154         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4155         j = 0;
4156
4157         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4158                 /*
4159                  * We don't want to pressure a particular node.
4160                  * So adding penalty to the first node in same
4161                  * distance group to make it round-robin.
4162                  */
4163                 if (node_distance(local_node, node) !=
4164                     node_distance(local_node, prev_node))
4165                         node_load[node] = load;
4166
4167                 prev_node = node;
4168                 load--;
4169                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4170                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4171                 else
4172                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4173         }
4174
4175         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4176                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4177                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4178         }
4179
4180         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4181 }
4182
4183 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4184 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4185 {
4186         struct zonelist *zonelist;
4187         struct zonelist_cache *zlc;
4188         struct zoneref *z;
4189
4190         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4191         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4192         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4193         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4194                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4195 }
4196
4197 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4198 /*
4199  * Return node id of node used for "local" allocations.
4200  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4201  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4202  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4203  */
4204 int local_memory_node(int node)
4205 {
4206         struct zone *zone;
4207
4208         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4209                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4210                                    NULL,
4211                                    &zone);
4212         return zone->node;
4213 }
4214 #endif
4215
4216 #else   /* CONFIG_NUMA */
4217
4218 static void set_zonelist_order(void)
4219 {
4220         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4221 }
4222
4223 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4224 {
4225         int node, local_node;
4226         enum zone_type j;
4227         struct zonelist *zonelist;
4228
4229         local_node = pgdat->node_id;
4230
4231         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4232         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4233
4234         /*
4235          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4236          * of all the other nodes.
4237          * We don't want to pressure a particular node, so when
4238          * building the zones for node N, we make sure that the
4239          * zones coming right after the local ones are those from
4240          * node N+1 (modulo N)
4241          */
4242         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4243                 if (!node_online(node))
4244                         continue;
4245                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4246         }
4247         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4248                 if (!node_online(node))
4249                         continue;
4250                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4251         }
4252
4253         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4254         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4255 }
4256
4257 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4258 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4259 {
4260         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4261 }
4262
4263 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4264
4265 /*
4266  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4267  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4268  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4269  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4270  * with interrupts disabled.
4271  *
4272  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4273  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4274  * hotplugged processors.
4275  *
4276  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4277  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4278  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4279  */
4280 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4281 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4282 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4283
4284 /*
4285  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4286  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4287  */
4288 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4289
4290 /* return values int ....just for stop_machine() */
4291 static int __build_all_zonelists(void *data)
4292 {
4293         int nid;
4294         int cpu;
4295         pg_data_t *self = data;
4296
4297 #ifdef CONFIG_NUMA
4298         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4299 #endif
4300
4301         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4302                 build_zonelists(self);
4303                 build_zonelist_cache(self);
4304         }
4305
4306         for_each_online_node(nid) {
4307                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4308
4309                 build_zonelists(pgdat);
4310                 build_zonelist_cache(pgdat);
4311         }
4312
4313         /*
4314          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4315          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4316          * each zone will be allocated later when the per cpu
4317          * allocator is available.
4318          *
4319          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4320          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4321          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4322          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4323          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4324          * (a chicken-egg dilemma).
4325          */
4326         for_each_possible_cpu(cpu) {
4327                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4328
4329 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4330                 /*
4331                  * We now know the "local memory node" for each node--
4332                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4333                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4334                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4335                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4336                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4337                  */
4338                 if (cpu_online(cpu))
4339                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4340 #endif
4341         }
4342
4343         return 0;
4344 }
4345
4346 static noinline void __init
4347 build_all_zonelists_init(void)
4348 {
4349         __build_all_zonelists(NULL);
4350         mminit_verify_zonelist();
4351         cpuset_init_current_mems_allowed();
4352 }
4353
4354 /*
4355  * Called with zonelists_mutex held always
4356  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4357  *
4358  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4359  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4360  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4361  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4362  */
4363 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4364 {
4365         set_zonelist_order();
4366
4367         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4368                 build_all_zonelists_init();
4369         } else {
4370 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4371                 if (zone)
4372                         setup_zone_pageset(zone);
4373 #endif
4374                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4375                    of zonelist */
4376                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4377                 /* cpuset refresh routine should be here */
4378         }
4379         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4380         /*
4381          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4382          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4383          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4384          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4385          * disabled and enable it later
4386          */
4387         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4388                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4389         else
4390                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4391
4392         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4393                 "Total pages: %ld\n",
4394                         nr_online_nodes,
4395                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4396                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4397                         vm_total_pages);
4398 #ifdef CONFIG_NUMA
4399         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4400 #endif
4401 }
4402
4403 /*
4404  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4405  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4406  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4407  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4408  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4409  * conservative, even though it seems large.
4410  *
4411  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4412  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4413  */
4414 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4415
4416 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4417 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4418 {
4419         unsigned long size = 1;
4420
4421         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4422
4423         while (size < pages)
4424                 size <<= 1;
4425
4426         /*
4427          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4428          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4429          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4430          */
4431         size = min(size, 4096UL);
4432
4433         return max(size, 4UL);
4434 }
4435 #else
4436 /*
4437  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4438  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4439  *
4440  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4441  *
4442  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4443  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4444  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4445  *
4446  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4447  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4448  *
4449  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4450  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4451  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4452  */
4453 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4454 {
4455         return 4096UL;
4456 }
4457 #endif
4458
4459 /*
4460  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4461  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4462  * hash function before the remainder is taken.
4463  */
4464 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4465 {
4466         return ffz(~size);
4467 }
4468
4469 /*
4470  * Check if a pageblock contains reserved pages
4471  */
4472 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4473 {
4474         unsigned long pfn;
4475
4476         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4477                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4478                         return 1;
4479         }
4480         return 0;
4481 }
4482
4483 /*
4484  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4485  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4486  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4487  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4488  * blocks as reclaim kicks in
4489  */
4490 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4491 {
4492         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4493         struct page *page;
4494         unsigned long block_migratetype;
4495         int reserve;
4496         int old_reserve;
4497
4498         /*
4499          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4500          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4501          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4502          * the block.
4503          */
4504         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4505         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4506         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4507         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4508                                                         pageblock_order;
4509
4510         /*
4511          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4512          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4513          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4514          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4515          * future allocation of hugepages at runtime.
4516          */
4517         reserve = min(2, reserve);
4518         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4519
4520         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4521         if (reserve == old_reserve)
4522                 return;
4523         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4524
4525         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4526                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4527                         return;
4528
4529                 if (!pfn_valid(pfn))
4530                         continue;
4531                 page = pfn_to_page(pfn);
4532
4533                 /* Watch out for overlapping nodes */
4534                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4535                         continue;
4536
4537                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4538
4539                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4540                 if (reserve > 0) {
4541                         /*
4542                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4543                          * them.
4544                          */
4545                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4546                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4547                                 continue;
4548
4549                         /* If this block is reserved, account for it */
4550                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4551                                 reserve--;
4552                                 continue;
4553                         }
4554
4555                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4556                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4557                                 set_pageblock_migratetype(page,
4558                                                         MIGRATE_RESERVE);
4559                                 move_freepages_block(zone, page,
4560                                                         MIGRATE_RESERVE);
4561                                 reserve--;
4562                                 continue;
4563                         }
4564                 } else if (!old_reserve) {
4565                         /*
4566                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4567                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4568                          */
4569                         break;
4570                 }
4571
4572                 /*
4573                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4574                  * take it back
4575                  */
4576                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4577                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4578                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4579                 }
4580         }
4581 }
4582
4583 /*
4584  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4585  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4586  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4587  */
4588 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4589                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4590 {
4591         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4592         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4593         unsigned long pfn;
4594         struct zone *z;
4595         unsigned long nr_initialised = 0;
4596
4597         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4598                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4599
4600         z = &pgdat->node_zones[zone];
4601         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4602                 /*
4603                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4604                  * handed to this function.  They do not
4605                  * exist on hotplugged memory.
4606                  */
4607                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4608                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4609                                 continue;
4610                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4611                                 continue;
4612                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4613                                                 &nr_initialised))
4614                                 break;
4615                 }
4616
4617                 /*
4618                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4619                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4620                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4621                  * the address space during boot when many long-lived
4622                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4623                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4624                  * setup_zone_migrate_reserve()
4625                  *
4626                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4627                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4628                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4629                  * pfn out of zone.
4630                  */
4631                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4632                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4633
4634                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4635                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4636                 } else {
4637                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4638                 }
4639         }
4640 }
4641
4642 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4643 {
4644         unsigned int order, t;
4645         for_each_migratetype_order(order, t) {
4646                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4647                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4648         }
4649 }
4650
4651 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4652 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4653         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4654 #endif
4655
4656 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4657 {
4658 #ifdef CONFIG_MMU
4659         int batch;
4660
4661         /*
4662          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4663          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4664          *
4665          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4666          */
4667         batch = zone->managed_pages / 1024;
4668         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4669                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4670         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4671         if (batch < 1)
4672                 batch = 1;
4673
4674         /*
4675          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4676          * of 2 value was found to be more likely to have
4677          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4678          *
4679          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4680          * batches of pages, one task can end up with a lot
4681          * of pages of one half of the possible page colors
4682          * and the other with pages of the other colors.
4683          */
4684         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4685
4686         return batch;
4687
4688 #else
4689         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4690          * conditions.
4691          *
4692          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4693          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4694          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4695          *
4696          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4697          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4698          * can be a significant delay between the individual batches being
4699          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4700          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4701          */
4702         return 0;
4703 #endif
4704 }
4705
4706 /*
4707  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4708  * ->batch must never be higher then ->high.
4709  * The following function updates them in a safe manner without read side
4710  * locking.
4711  *
4712  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4713  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4714  *
4715  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4716  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4717  * exist).
4718  */
4719 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4720                 unsigned long batch)
4721 {
4722        /* start with a fail safe value for batch */
4723         pcp->batch = 1;
4724         smp_wmb();
4725
4726        /* Update high, then batch, in order */
4727         pcp->high = high;
4728         smp_wmb();
4729
4730         pcp->batch = batch;
4731 }
4732
4733 /* a companion to pageset_set_high() */
4734 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4735 {
4736         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4737 }
4738
4739 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4740 {
4741         struct per_cpu_pages *pcp;
4742         int migratetype;
4743
4744         memset(p, 0, sizeof(*p));
4745
4746         pcp = &p->pcp;
4747         pcp->count = 0;
4748         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4749                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4750 }
4751
4752 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4753 {
4754         pageset_init(p);
4755         pageset_set_batch(p, batch);
4756 }
4757
4758 /*
4759  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4760  * to the value high for the pageset p.
4761  */
4762 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4763                                 unsigned long high)
4764 {
4765         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4766         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4767                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4768
4769         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4770 }
4771
4772 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4773                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4774 {
4775         if (percpu_pagelist_fraction)
4776                 pageset_set_high(pcp,
4777                         (zone->managed_pages /
4778                                 percpu_pagelist_fraction));
4779         else
4780                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4781 }
4782
4783 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4784 {
4785         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4786
4787         pageset_init(pcp);
4788         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4789 }
4790
4791 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4792 {
4793         int cpu;
4794         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4795         for_each_possible_cpu(cpu)
4796                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4797 }
4798
4799 /*
4800  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4801  * Before this call only boot pagesets were available.
4802  */
4803 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4804 {
4805         struct zone *zone;
4806
4807         for_each_populated_zone(zone)
4808                 setup_zone_pageset(zone);
4809 }
4810
4811 static noinline __init_refok
4812 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4813 {
4814         int i;
4815         size_t alloc_size;
4816
4817         /*
4818          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4819          * per zone.
4820          */
4821         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4822                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4823         zone->wait_table_bits =
4824                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4825         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4826                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4827
4828         if (!slab_is_available()) {
4829                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4830                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4831                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4832         } else {
4833                 /*
4834                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4835                  * via memory hot-add.
4836                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4837                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4838                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4839                  * node itself as well.
4840                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4841                  * necessary.
4842                  */
4843                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4844         }
4845         if (!zone->wait_table)
4846                 return -ENOMEM;
4847
4848         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4849                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4850
4851         return 0;
4852 }
4853
4854 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4855 {
4856         /*
4857          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4858          * relies on the ability of the linker to provide the
4859          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4860          */
4861         zone->pageset = &boot_pageset;
4862
4863         if (populated_zone(zone))
4864                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4865                         zone->name, zone->present_pages,
4866                                          zone_batchsize(zone));
4867 }
4868
4869 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4870                                         unsigned long zone_start_pfn,
4871                                         unsigned long size,
4872                                         enum memmap_context context)
4873 {
4874         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4875         int ret;
4876         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4877         if (ret)
4878                 return ret;
4879         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4880
4881         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4882
4883         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4884                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4885                         pgdat->node_id,
4886                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4887                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4888
4889         zone_init_free_lists(zone);
4890
4891         return 0;
4892 }
4893
4894 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4895 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4896
4897 /*
4898  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4899  */
4900 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4901                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4902 {
4903         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4904         int nid;
4905
4906         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4907                 return state->last_nid;
4908
4909         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4910         if (nid != -1) {
4911                 state->last_start = start_pfn;
4912                 state->last_end = end_pfn;
4913                 state->last_nid = nid;
4914         }
4915
4916         return nid;
4917 }
4918 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4919
4920 /**
4921  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4922  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4923  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4924  *
4925  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4926  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4927  * memblock_free_early_nid() manually.
4928  */
4929 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4930 {
4931         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4932         int i, this_nid;
4933
4934         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4935                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4936                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4937
4938                 if (start_pfn < end_pfn)
4939                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4940                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4941                                         this_nid);
4942         }
4943 }
4944
4945 /**
4946  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4947  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4948  *
4949  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4950  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4951  */
4952 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4953 {
4954         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4955         int i, this_nid;
4956
4957         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4958                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4959 }
4960
4961 /**
4962  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4963  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4964  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4965  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4966  *
4967  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4968  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4969  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4970  * PFNs will be 0.
4971  */
4972 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4973                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4974 {
4975         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4976         int i;
4977
4978         *start_pfn = -1UL;
4979         *end_pfn = 0;
4980
4981         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4982                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4983                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4984         }
4985
4986         if (*start_pfn == -1UL)
4987                 *start_pfn = 0;
4988 }
4989
4990 /*
4991  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4992  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4993  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4994  */
4995 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4996 {
4997         int zone_index;
4998         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4999                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5000                         continue;
5001
5002                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5003                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5004                         break;
5005         }
5006
5007         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5008         movable_zone = zone_index;
5009 }
5010
5011 /*
5012  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5013  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5014  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5015  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5016  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5017  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5018  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5019  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5020  */
5021 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5022                                         unsigned long zone_type,
5023                                         unsigned long node_start_pfn,
5024                                         unsigned long node_end_pfn,
5025                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5026                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5027 {
5028         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5029         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5030                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5031                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5032                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5033                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5034                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5035
5036                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5037                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5038                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5039                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5040
5041                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5042                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5043                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5044         }
5045 }
5046
5047 /*
5048  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5049  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5050  */
5051 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5052                                         unsigned long zone_type,
5053                                         unsigned long node_start_pfn,
5054                                         unsigned long node_end_pfn,
5055                                         unsigned long *ignored)
5056 {
5057         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5058
5059         /* Get the start and end of the zone */
5060         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5061         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5062         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5063                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5064                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5065
5066         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5067         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5068                 return 0;
5069
5070         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5071         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5072         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5073
5074         /* Return the spanned pages */
5075         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5076 }
5077
5078 /*
5079  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5080  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5081  */
5082 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5083                                 unsigned long range_start_pfn,
5084                                 unsigned long range_end_pfn)
5085 {
5086         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5087         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5088         int i;
5089
5090         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5091                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5092                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5093                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5094         }
5095         return nr_absent;
5096 }
5097
5098 /**
5099  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5100  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5101  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5102  *
5103  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5104  */
5105 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5106                                                         unsigned long end_pfn)
5107 {
5108         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5109 }
5110
5111 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5112 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5113                                         unsigned long zone_type,
5114                                         unsigned long node_start_pfn,
5115                                         unsigned long node_end_pfn,
5116                                         unsigned long *ignored)
5117 {
5118         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5119         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5120         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5121
5122         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5123         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5124
5125         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5126                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5127                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5128         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5129 }
5130
5131 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5132 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5133                                         unsigned long zone_type,
5134                                         unsigned long node_start_pfn,
5135                                         unsigned long node_end_pfn,
5136                                         unsigned long *zones_size)
5137 {
5138         return zones_size[zone_type];
5139 }
5140
5141 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5142                                                 unsigned long zone_type,
5143                                                 unsigned long node_start_pfn,
5144                                                 unsigned long node_end_pfn,
5145                                                 unsigned long *zholes_size)
5146 {
5147         if (!zholes_size)
5148                 return 0;
5149
5150         return zholes_size[zone_type];
5151 }
5152
5153 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5154
5155 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5156                                                 unsigned long node_start_pfn,
5157                                                 unsigned long node_end_pfn,
5158                                                 unsigned long *zones_size,
5159                                                 unsigned long *zholes_size)
5160 {
5161         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5162         enum zone_type i;
5163
5164         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5165                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5166                 unsigned long size, real_size;
5167
5168                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5169                                                   node_start_pfn,
5170                                                   node_end_pfn,
5171                                                   zones_size);
5172                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5173                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5174                                                   zholes_size);
5175                 zone->spanned_pages = size;
5176                 zone->present_pages = real_size;
5177
5178                 totalpages += size;
5179                 realtotalpages += real_size;
5180         }
5181
5182         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5183         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5184         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5185                                                         realtotalpages);
5186 }
5187
5188 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5189 /*
5190  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5191  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5192  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5193  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5194  * bytes.
5195  */
5196 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5197 {
5198         unsigned long usemapsize;
5199
5200         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5201         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5202         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5203         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5204         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5205
5206         return usemapsize / 8;
5207 }
5208
5209 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5210                                 struct zone *zone,
5211                                 unsigned long zone_start_pfn,
5212                                 unsigned long zonesize)
5213 {
5214         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5215         zone->pageblock_flags = NULL;
5216         if (usemapsize)
5217                 zone->pageblock_flags =
5218                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5219                                                          pgdat->node_id);
5220 }
5221 #else
5222 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5223                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5224 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5225
5226 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5227
5228 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5229 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5230 {
5231         unsigned int order;
5232
5233         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5234         if (pageblock_order)
5235                 return;
5236
5237         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5238                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5239         else
5240                 order = MAX_ORDER - 1;
5241
5242         /*
5243          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5244          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5245          * powerpc.
5246          */
5247         pageblock_order = order;
5248 }
5249 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5250
5251 /*
5252  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5253  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5254  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5255  * the kernel config
5256  */
5257 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5258 {
5259 }
5260
5261 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5262
5263 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5264                                                    unsigned long present_pages)
5265 {
5266         unsigned long pages = spanned_pages;
5267
5268         /*
5269          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5270          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5271          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5272          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5273          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5274          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5275          */
5276         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5277             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5278                 pages = present_pages;
5279
5280         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5281 }
5282
5283 /*
5284  * Set up the zone data structures:
5285  *   - mark all pages reserved
5286  *   - mark all memory queues empty
5287  *   - clear the memory bitmaps
5288  *
5289  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5290  */
5291 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5292                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5293 {
5294         enum zone_type j;
5295         int nid = pgdat->node_id;
5296         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5297         int ret;
5298
5299         pgdat_resize_init(pgdat);
5300 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5301         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5302         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5303         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5304 #endif
5305         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5306         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5307         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5308
5309         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5310                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5311                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5312
5313                 size = zone->spanned_pages;
5314                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5315
5316                 /*
5317                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5318                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5319                  * and per-cpu initialisations
5320                  */
5321                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5322                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5323                         if (freesize >= memmap_pages) {
5324                                 freesize -= memmap_pages;
5325                                 if (memmap_pages)
5326                                         printk(KERN_DEBUG
5327                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5328                                                zone_names[j], memmap_pages);
5329                         } else
5330                                 printk(KERN_WARNING
5331                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5332                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5333                 }
5334
5335                 /* Account for reserved pages */
5336                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5337                         freesize -= dma_reserve;
5338                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5339                                         zone_names[0], dma_reserve);
5340                 }
5341
5342                 if (!is_highmem_idx(j))
5343                         nr_kernel_pages += freesize;
5344                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5345                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5346                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5347                 nr_all_pages += freesize;
5348
5349                 /*
5350                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5351                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5352                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5353                  */
5354                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5355 #ifdef CONFIG_NUMA
5356                 zone->node = nid;
5357                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5358                                                 / 100;
5359                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5360 #endif
5361                 zone->name = zone_names[j];
5362                 spin_lock_init(&zone->lock);
5363                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5364                 zone_seqlock_init(zone);
5365                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5366                 zone_pcp_init(zone);
5367
5368                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5369                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5370
5371                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5372                 if (!size)
5373                         continue;
5374
5375                 set_pageblock_order();
5376                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5377                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5378                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5379                 BUG_ON(ret);
5380                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5381                 zone_start_pfn += size;
5382         }
5383 }
5384
5385 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5386 {
5387         /* Skip empty nodes */
5388         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5389                 return;
5390
5391 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5392         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5393         if (!pgdat->node_mem_map) {
5394                 unsigned long size, start, end;
5395                 struct page *map;
5396
5397                 /*
5398                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5399                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5400                  * for the buddy allocator to function correctly.
5401                  */
5402                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5403                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5404                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5405                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5406                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5407                 if (!map)
5408                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5409                                                                pgdat->node_id);
5410                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5411         }
5412 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5413         /*
5414          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5415          */
5416         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5417                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5418 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5419                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5420                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5421 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5422         }
5423 #endif
5424 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5425 }
5426
5427 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5428                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5429 {
5430         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5431         unsigned long start_pfn = 0;
5432         unsigned long end_pfn = 0;
5433
5434         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5435         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5436
5437         reset_deferred_meminit(pgdat);
5438         pgdat->node_id = nid;
5439         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5440 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5441         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5442         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5443                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5444 #endif
5445         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5446                                   zones_size, zholes_size);
5447
5448         alloc_node_mem_map(pgdat);
5449 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5450         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5451                 nid, (unsigned long)pgdat,
5452                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5453 #endif
5454
5455         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5456 }
5457
5458 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5459
5460 #if MAX_NUMNODES > 1
5461 /*
5462  * Figure out the number of possible node ids.
5463  */
5464 void __init setup_nr_node_ids(void)
5465 {
5466         unsigned int node;
5467         unsigned int highest = 0;
5468
5469         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5470                 highest = node;
5471         nr_node_ids = highest + 1;
5472 }
5473 #endif
5474
5475 /**
5476  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5477  *
5478  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5479  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5480  * all the nodes.
5481  *
5482  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5483  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5484  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5485  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5486  *
5487  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5488  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5489  * populated node map.
5490  *
5491  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5492  * requirement (single node).
5493  */
5494 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5495 {
5496         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5497         unsigned long start, end, mask;
5498         int last_nid = -1;
5499         int i, nid;
5500
5501         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5502                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5503                         last_nid = nid;
5504                         last_end = end;
5505                         continue;
5506                 }
5507
5508                 /*
5509                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5510                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5511                  * too coarse to separate the current node from the last.
5512                  */
5513                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5514                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5515                         mask <<= 1;
5516
5517                 /* accumulate all internode masks */
5518                 accl_mask |= mask;
5519         }
5520
5521         /* convert mask to number of pages */
5522         return ~accl_mask + 1;
5523 }
5524
5525 /* Find the lowest pfn for a node */
5526 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5527 {
5528         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5529         unsigned long start_pfn;
5530         int i;
5531
5532         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5533                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5534
5535         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5536                 printk(KERN_WARNING
5537                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5538                 return 0;
5539         }
5540
5541         return min_pfn;
5542 }
5543
5544 /**
5545  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5546  *
5547  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5548  * memblock_set_node().
5549  */
5550 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5551 {
5552         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5553 }
5554
5555 /*
5556  * early_calculate_totalpages()
5557  * Sum pages in active regions for movable zone.
5558  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5559  */
5560 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5561 {
5562         unsigned long totalpages = 0;
5563         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5564         int i, nid;
5565
5566         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5567                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5568
5569                 totalpages += pages;
5570                 if (pages)
5571                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5572         }
5573         return totalpages;
5574 }
5575
5576 /*
5577  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5578  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5579  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5580  * others
5581  */
5582 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5583 {
5584         int i, nid;
5585         unsigned long usable_startpfn;
5586         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5587         /* save the state before borrow the nodemask */
5588         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5589         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5590         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5591         struct memblock_region *r;
5592
5593         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5594         find_usable_zone_for_movable();
5595
5596         /*
5597          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5598          * options.
5599          */
5600         if (movable_node_is_enabled()) {
5601                 for_each_memblock(memory, r) {
5602                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5603                                 continue;
5604
5605                         nid = r->nid;
5606
5607                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5608                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5609                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5610                                 usable_startpfn;
5611                 }
5612
5613                 goto out2;
5614         }
5615
5616         /*
5617          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5618          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5619          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5620          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5621          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5622          * what movablecore would have allowed.
5623          */
5624         if (required_movablecore) {
5625                 unsigned long corepages;
5626
5627                 /*
5628                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5629                  * was requested by the user
5630                  */
5631                 required_movablecore =
5632                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5633                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5634
5635                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5636         }
5637
5638         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5639         if (!required_kernelcore)
5640                 goto out;
5641
5642         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5643         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5644
5645 restart:
5646         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5647         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5648         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5649                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5650
5651                 /*
5652                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5653                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5654                  * amount of memory for the kernel
5655                  */
5656                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5657                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5658
5659                 /*
5660                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5661                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5662                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5663                  */
5664                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5665
5666                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5667                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5668                         unsigned long size_pages;
5669
5670                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5671                         if (start_pfn >= end_pfn)
5672                                 continue;
5673
5674                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5675                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5676                                 unsigned long kernel_pages;
5677                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5678                                                                 - start_pfn;
5679
5680                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5681                                                         kernelcore_remaining);
5682                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5683                                                         required_kernelcore);
5684
5685                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5686                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5687
5688                                         /*
5689                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5690                                          * that if we have to rebalance
5691                                          * kernelcore across nodes, we will
5692                                          * not double account here
5693                                          */
5694                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5695                                         continue;
5696                                 }
5697                                 start_pfn = usable_startpfn;
5698                         }
5699
5700                         /*
5701                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5702                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5703                          * number of pages used as kernelcore
5704                          */
5705                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5706                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5707                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5708                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5709
5710                         /*
5711                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5712                          * break if the kernelcore for this node has been
5713                          * satisfied
5714                          */
5715                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5716                                                                 size_pages);
5717                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5718                         if (!kernelcore_remaining)
5719                                 break;
5720                 }
5721         }
5722
5723         /*
5724          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5725          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5726          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5727          * satisfied
5728          */
5729         usable_nodes--;
5730         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5731                 goto restart;
5732
5733 out2:
5734         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5735         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5736                 zone_movable_pfn[nid] =
5737                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5738
5739 out:
5740         /* restore the node_state */
5741         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5742 }
5743
5744 /* Any regular or high memory on that node ? */
5745 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5746 {
5747         enum zone_type zone_type;
5748
5749         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5750                 return;
5751
5752         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5753                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5754                 if (populated_zone(zone)) {
5755                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5756                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5757                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5758                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5759                         break;
5760                 }
5761         }
5762 }
5763
5764 /**
5765  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5766  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5767  *
5768  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5769  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5770  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5771  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5772  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5773  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5774  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5775  * at arch_max_dma_pfn.
5776  */
5777 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5778 {
5779         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5780         int i, nid;
5781
5782         /* Record where the zone boundaries are */
5783         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5784                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5785         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5786                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5787         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5788         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5789         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5790                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5791                         continue;
5792                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5793                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5794                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5795                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5796         }
5797         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5798         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5799
5800         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5801         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5802         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5803
5804         /* Print out the zone ranges */
5805         pr_info("Zone ranges:\n");
5806         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5807                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5808                         continue;
5809                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5810                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5811                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5812                         pr_cont("empty\n");
5813                 else
5814                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5815                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5816                                         << PAGE_SHIFT,
5817                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5818                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5819         }
5820
5821         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5822         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5823         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5824                 if (zone_movable_pfn[i])
5825                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5826                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5827         }
5828
5829         /* Print out the early node map */
5830         pr_info("Early memory node ranges\n");
5831         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5832                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5833                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5834                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5835
5836         /* Initialise every node */
5837         mminit_verify_pageflags_layout();
5838         setup_nr_node_ids();
5839         for_each_online_node(nid) {
5840                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5841                 free_area_init_node(nid, NULL,
5842                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5843
5844                 /* Any memory on that node */
5845                 if (pgdat->node_present_pages)
5846                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5847                 check_for_memory(pgdat, nid);
5848         }
5849 }
5850
5851 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5852 {
5853         unsigned long long coremem;
5854         if (!p)
5855                 return -EINVAL;
5856
5857         coremem = memparse(p, &p);
5858         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5859
5860         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5861         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5862
5863         return 0;
5864 }
5865
5866 /*
5867  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5868  * cannot be reclaimed or migrated.
5869  */
5870 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5871 {
5872         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5873 }
5874
5875 /*
5876  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5877  * can be reclaimed or migrated.
5878  */
5879 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5880 {
5881         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5882 }
5883
5884 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5885 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5886
5887 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5888
5889 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5890 {
5891         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5892         page_zone(page)->managed_pages += count;
5893         totalram_pages += count;
5894 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5895         if (PageHighMem(page))
5896                 totalhigh_pages += count;
5897 #endif
5898         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5899 }
5900 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5901
5902 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5903 {
5904         void *pos;
5905         unsigned long pages = 0;
5906
5907         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5908         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5909         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5910                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5911                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5912                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5913         }
5914
5915         if (pages && s)
5916                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5917                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5918
5919         return pages;
5920 }
5921 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5922
5923 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5924 void free_highmem_page(struct page *page)
5925 {
5926         __free_reserved_page(page);
5927         totalram_pages++;
5928         page_zone(page)->managed_pages++;
5929         totalhigh_pages++;
5930 }
5931 #endif
5932
5933
5934 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5935 {
5936         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5937         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5938
5939         physpages = get_num_physpages();
5940         codesize = _etext - _stext;
5941         datasize = _edata - _sdata;
5942         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5943         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5944         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5945         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5946
5947         /*
5948          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5949          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5950          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5951          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5952          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5953          */
5954 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5955         do { \
5956                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5957                         size -= adj; \
5958         } while (0)
5959
5960         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5961                      _sinittext, init_code_size);
5962         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5963         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5964         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5965         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5966
5967 #undef  adj_init_size
5968
5969         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5970                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5971                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5972 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5973                ", %luK highmem"
5974 #endif
5975                "%s%s)\n",
5976                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5977                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5978                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5979                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5980                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5981 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5982                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5983 #endif
5984                str ? ", " : "", str ? str : "");
5985 }
5986
5987 /**
5988  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5989  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5990  *
5991  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5992  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5993  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5994  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5995  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5996  * smaller per-cpu batchsize.
5997  */
5998 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5999 {
6000         dma_reserve = new_dma_reserve;
6001 }
6002
6003 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6004 {
6005         free_area_init_node(0, zones_size,
6006                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6007 }
6008
6009 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6010                                  unsigned long action, void *hcpu)
6011 {
6012         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6013
6014         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6015                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6016                 drain_pages(cpu);
6017
6018                 /*
6019                  * Spill the event counters of the dead processor
6020                  * into the current processors event counters.
6021                  * This artificially elevates the count of the current
6022                  * processor.
6023                  */
6024                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6025
6026                 /*
6027                  * Zero the differential counters of the dead processor
6028                  * so that the vm statistics are consistent.
6029                  *
6030                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6031                  * race with what we are doing.
6032                  */
6033                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6034         }
6035         return NOTIFY_OK;
6036 }
6037
6038 void __init page_alloc_init(void)
6039 {
6040         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6041 }
6042
6043 /*
6044  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
6045  *      or min_free_kbytes changes.
6046  */
6047 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6048 {
6049         struct pglist_data *pgdat;
6050         unsigned long reserve_pages = 0;
6051         enum zone_type i, j;
6052
6053         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6054                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6055                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6056                         long max = 0;
6057
6058                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6059                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6060                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6061                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6062                         }
6063
6064                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6065                         max += high_wmark_pages(zone);
6066
6067                         if (max > zone->managed_pages)
6068                                 max = zone->managed_pages;
6069                         reserve_pages += max;
6070                         /*
6071                          * Lowmem reserves are not available to
6072                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6073                          * kswapd tries to balance zones to their high
6074                          * watermark.  As a result, neither should be
6075                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6076                          * situation where reclaim has to clean pages
6077                          * in order to balance the zones.
6078                          */
6079                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6080                 }
6081         }
6082         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6083         totalreserve_pages = reserve_pages;
6084 }
6085
6086 /*
6087  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6088  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6089  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6090  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6091  */
6092 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6093 {
6094         struct pglist_data *pgdat;
6095         enum zone_type j, idx;
6096
6097         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6098                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6099                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6100                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6101
6102                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6103
6104                         idx = j;
6105                         while (idx) {
6106                                 struct zone *lower_zone;
6107
6108                                 idx--;
6109
6110                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6111                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6112
6113                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6114                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6115                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6116                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6117                         }
6118                 }
6119         }
6120
6121         /* update totalreserve_pages */
6122         calculate_totalreserve_pages();
6123 }
6124
6125 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6126 {
6127         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6128         unsigned long lowmem_pages = 0;
6129         struct zone *zone;
6130         unsigned long flags;
6131
6132         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6133         for_each_zone(zone) {
6134                 if (!is_highmem(zone))
6135                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6136         }
6137
6138         for_each_zone(zone) {
6139                 u64 tmp;
6140
6141                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6142                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6143                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6144                 if (is_highmem(zone)) {
6145                         /*
6146                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6147                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6148                          * value here.
6149                          *
6150                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6151                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6152                          * not be capped for highmem.
6153                          */
6154                         unsigned long min_pages;
6155
6156                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6157                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6158                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6159                 } else {
6160                         /*
6161                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6162                          * proportionate to the zone's size.
6163                          */
6164                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6165                 }
6166
6167                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6168                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6169
6170                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6171                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6172                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6173
6174                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6175                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6176         }
6177
6178         /* update totalreserve_pages */
6179         calculate_totalreserve_pages();
6180 }
6181
6182 /**
6183  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6184  * or when memory is hot-{added|removed}
6185  *
6186  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6187  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6188  */
6189 void setup_per_zone_wmarks(void)
6190 {
6191         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6192         __setup_per_zone_wmarks();
6193         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6194 }
6195
6196 /*
6197  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6198  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6199  * to be referenced again before it is swapped out.
6200  *
6201  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6202  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6203  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6204  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6205  *
6206  * total     target    max
6207  * memory    ratio     inactive anon
6208  * -------------------------------------
6209  *   10MB       1         5MB
6210  *  100MB       1        50MB
6211  *    1GB       3       250MB
6212  *   10GB      10       0.9GB
6213  *  100GB      31         3GB
6214  *    1TB     101        10GB
6215  *   10TB     320        32GB
6216  */
6217 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6218 {
6219         unsigned int gb, ratio;
6220
6221         /* Zone size in gigabytes */
6222         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6223         if (gb)
6224                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6225         else
6226                 ratio = 1;
6227
6228         zone->inactive_ratio = ratio;
6229 }
6230
6231 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6232 {
6233         struct zone *zone;
6234
6235         for_each_zone(zone)
6236                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6237 }
6238
6239 /*
6240  * Initialise min_free_kbytes.
6241  *
6242  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6243  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6244  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6245  *
6246  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6247  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6248  *
6249  * which yields
6250  *
6251  * 16MB:        512k
6252  * 32MB:        724k
6253  * 64MB:        1024k
6254  * 128MB:       1448k
6255  * 256MB:       2048k
6256  * 512MB:       2896k
6257  * 1024MB:      4096k
6258  * 2048MB:      5792k
6259  * 4096MB:      8192k
6260  * 8192MB:      11584k
6261  * 16384MB:     16384k
6262  */
6263 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6264 {
6265         unsigned long lowmem_kbytes;
6266         int new_min_free_kbytes;
6267
6268         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6269         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6270
6271         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6272                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6273                 if (min_free_kbytes < 128)
6274                         min_free_kbytes = 128;
6275                 if (min_free_kbytes > 65536)
6276                         min_free_kbytes = 65536;
6277         } else {
6278                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6279                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6280         }
6281         setup_per_zone_wmarks();
6282         refresh_zone_stat_thresholds();
6283         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6284         setup_per_zone_inactive_ratio();
6285         return 0;
6286 }
6287 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6288
6289 /*
6290  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6291  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6292  *      changes.
6293  */
6294 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6295         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6296 {
6297         int rc;
6298
6299         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6300         if (rc)
6301                 return rc;
6302
6303         if (write) {
6304                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6305                 setup_per_zone_wmarks();
6306         }
6307         return 0;
6308 }
6309
6310 #ifdef CONFIG_NUMA
6311 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6312         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6313 {
6314         struct zone *zone;
6315         int rc;
6316
6317         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6318         if (rc)
6319                 return rc;
6320
6321         for_each_zone(zone)
6322                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6323                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6324         return 0;
6325 }
6326
6327 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6328         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6329 {
6330         struct zone *zone;
6331         int rc;
6332
6333         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6334         if (rc)
6335                 return rc;
6336
6337         for_each_zone(zone)
6338                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6339                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6340         return 0;
6341 }
6342 #endif
6343
6344 /*
6345  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6346  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6347  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6348  *
6349  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6350  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6351  * if in function of the boot time zone sizes.
6352  */
6353 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6354         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6355 {
6356         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6357         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6358         return 0;
6359 }
6360
6361 /*
6362  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6363  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6364  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6365  */
6366 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6367         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6368 {
6369         struct zone *zone;
6370         int old_percpu_pagelist_fraction;
6371         int ret;
6372
6373         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6374         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6375
6376         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6377         if (!write || ret < 0)
6378                 goto out;
6379
6380         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6381         if (percpu_pagelist_fraction &&
6382             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6383                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6384                 ret = -EINVAL;
6385                 goto out;
6386         }
6387
6388         /* No change? */
6389         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6390                 goto out;
6391
6392         for_each_populated_zone(zone) {
6393                 unsigned int cpu;
6394
6395                 for_each_possible_cpu(cpu)
6396                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6397                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6398         }
6399 out:
6400         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6401         return ret;
6402 }
6403
6404 #ifdef CONFIG_NUMA
6405 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6406
6407 static int __init set_hashdist(char *str)
6408 {
6409         if (!str)
6410                 return 0;
6411         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6412         return 1;
6413 }
6414 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6415 #endif
6416
6417 /*
6418  * allocate a large system hash table from bootmem
6419  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6420  *   quantity of entries
6421  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6422  */
6423 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6424                                      unsigned long bucketsize,
6425                                      unsigned long numentries,
6426                                      int scale,
6427                                      int flags,
6428                                      unsigned int *_hash_shift,
6429                                      unsigned int *_hash_mask,
6430                                      unsigned long low_limit,
6431                                      unsigned long high_limit)
6432 {
6433         unsigned long long max = high_limit;
6434         unsigned long log2qty, size;
6435         void *table = NULL;
6436
6437         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6438         if (!numentries) {
6439                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6440                 numentries = nr_kernel_pages;
6441
6442                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6443                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6444                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6445
6446                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6447                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6448                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6449                 else
6450                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6451
6452                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6453                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6454                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6455                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6456                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6457                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6458                                 BUG_ON(!numentries);
6459                         }
6460                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6461                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6462         }
6463         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6464
6465         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6466         if (max == 0) {
6467                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6468                 do_div(max, bucketsize);
6469         }
6470         max = min(max, 0x80000000ULL);
6471
6472         if (numentries < low_limit)
6473                 numentries = low_limit;
6474         if (numentries > max)
6475                 numentries = max;
6476
6477         log2qty = ilog2(numentries);
6478
6479         do {
6480                 size = bucketsize << log2qty;
6481                 if (flags & HASH_EARLY)
6482                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6483                 else if (hashdist)
6484                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6485                 else {
6486                         /*
6487                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6488                          * some pages at the end of hash table which
6489                          * alloc_pages_exact() automatically does
6490                          */
6491                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6492                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6493                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6494                         }
6495                 }
6496         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6497
6498         if (!table)
6499                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6500
6501         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6502                tablename,
6503                (1UL << log2qty),
6504                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6505                size);
6506
6507         if (_hash_shift)
6508                 *_hash_shift = log2qty;
6509         if (_hash_mask)
6510                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6511
6512         return table;
6513 }
6514
6515 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6516 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6517                                                         unsigned long pfn)
6518 {
6519 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6520         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6521 #else
6522         return zone->pageblock_flags;
6523 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6524 }
6525
6526 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6527 {
6528 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6529         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6530         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6531 #else
6532         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6533         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6534 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6535 }
6536
6537 /**
6538  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6539  * @page: The page within the block of interest
6540  * @pfn: The target page frame number
6541  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6542  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6543  *
6544  * Return: pageblock_bits flags
6545  */
6546 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6547                                         unsigned long end_bitidx,
6548                                         unsigned long mask)
6549 {
6550         struct zone *zone;
6551         unsigned long *bitmap;
6552         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6553         unsigned long word;
6554
6555         zone = page_zone(page);
6556         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6557         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6558         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6559         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6560
6561         word = bitmap[word_bitidx];
6562         bitidx += end_bitidx;
6563         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6564 }
6565
6566 /**
6567  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6568  * @page: The page within the block of interest
6569  * @flags: The flags to set
6570  * @pfn: The target page frame number
6571  * @end_bitidx: The last bit of interest
6572  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6573  */
6574 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6575                                         unsigned long pfn,
6576                                         unsigned long end_bitidx,
6577                                         unsigned long mask)
6578 {
6579         struct zone *zone;
6580         unsigned long *bitmap;
6581         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6582         unsigned long old_word, word;
6583
6584         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6585
6586         zone = page_zone(page);
6587         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6588         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6589         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6590         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6591
6592         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6593
6594         bitidx += end_bitidx;
6595         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6596         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6597
6598         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6599         for (;;) {
6600                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6601                 if (word == old_word)
6602                         break;
6603                 word = old_word;
6604         }
6605 }
6606
6607 /*
6608  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6609  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6610  *
6611  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6612  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6613  * expect this function should be exact.
6614  */
6615 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6616                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6617 {
6618         unsigned long pfn, iter, found;
6619         int mt;
6620
6621         /*
6622          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6623          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6624          */
6625         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6626                 return false;
6627         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6628         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6629                 return false;
6630
6631         pfn = page_to_pfn(page);
6632         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6633                 unsigned long check = pfn + iter;
6634
6635                 if (!pfn_valid_within(check))
6636                         continue;
6637
6638                 page = pfn_to_page(check);
6639
6640                 /*
6641                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6642                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6643                  * handle each tail page individually in migration.
6644                  */
6645                 if (PageHuge(page)) {
6646                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6647                         continue;
6648                 }
6649
6650                 /*
6651                  * We can't use page_count without pin a page
6652                  * because another CPU can free compound page.
6653                  * This check already skips compound tails of THP
6654                  * because their page->_count is zero at all time.
6655                  */
6656                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6657                         if (PageBuddy(page))
6658                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6659                         continue;
6660                 }
6661
6662                 /*
6663                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6664                  * page_count() is not 0.
6665                  */
6666                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6667                         continue;
6668
6669                 if (!PageLRU(page))
6670                         found++;
6671                 /*
6672                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6673                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6674                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6675                  */
6676                 /*
6677                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6678                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6679                  *
6680                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6681                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6682                  * page at boot.
6683                  */
6684                 if (found > count)
6685                         return true;
6686         }
6687         return false;
6688 }
6689
6690 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6691 {
6692         struct zone *zone;
6693         unsigned long pfn;
6694
6695         /*
6696          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6697          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6698          * the zone but still within the section.
6699          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6700          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6701          */
6702         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6703                 return false;
6704
6705         zone = page_zone(page);
6706         pfn = page_to_pfn(page);
6707         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6708                 return false;
6709
6710         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6711 }
6712
6713 #ifdef CONFIG_CMA
6714
6715 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6716 {
6717         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6718                              pageblock_nr_pages) - 1);
6719 }
6720
6721 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6722 {
6723         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6724                                 pageblock_nr_pages));
6725 }
6726
6727 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6728 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6729                                         unsigned long start, unsigned long end)
6730 {
6731         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6732         unsigned long nr_reclaimed;
6733         unsigned long pfn = start;
6734         unsigned int tries = 0;
6735         int ret = 0;
6736
6737         migrate_prep();
6738
6739         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6740                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6741                         ret = -EINTR;
6742                         break;
6743                 }
6744
6745                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6746                         cc->nr_migratepages = 0;
6747                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6748                         if (!pfn) {
6749                                 ret = -EINTR;
6750                                 break;
6751                         }
6752                         tries = 0;
6753                 } else if (++tries == 5) {
6754                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6755                         break;
6756                 }
6757
6758                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6759                                                         &cc->migratepages);
6760                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6761
6762                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6763                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6764         }
6765         if (ret < 0) {
6766                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6767                 return ret;
6768         }
6769         return 0;
6770 }
6771
6772 /**
6773  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6774  * @start:      start PFN to allocate
6775  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6776  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6777  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6778  *                      in range must have the same migratetype and it must
6779  *                      be either of the two.
6780  *
6781  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6782  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6783  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6784  * pages fall in.
6785  *
6786  * The PFN range must belong to a single zone.
6787  *
6788  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6789  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6790  * need to be freed with free_contig_range().
6791  */
6792 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6793                        unsigned migratetype)
6794 {
6795         unsigned long outer_start, outer_end;
6796         int ret = 0, order;
6797
6798         struct compact_control cc = {
6799                 .nr_migratepages = 0,
6800                 .order = -1,
6801                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6802                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6803                 .ignore_skip_hint = true,
6804         };
6805         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6806
6807         /*
6808          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6809          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6810          * have different sizes, and due to the way page allocator
6811          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6812          * that page allocator won't try to merge buddies from
6813          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6814          * other migration type.
6815          *
6816          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6817          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6818          * we are interested in).  This will put all the pages in
6819          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6820          *
6821          * When this is done, we take the pages in range from page
6822          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6823          * page allocator will never consider using them.
6824          *
6825          * This lets us mark the pageblocks back as
6826          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6827          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6828          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6829          */
6830
6831         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6832                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6833                                        false);
6834         if (ret)
6835                 return ret;
6836
6837         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6838         if (ret)
6839                 goto done;
6840
6841         /*
6842          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6843          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6844          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6845          * What we are going to do is to allocate all pages from
6846          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6847          *
6848          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6849          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6850          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6851          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6852          * once this is done free the pages we are not interested in.
6853          *
6854          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6855          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6856          */
6857
6858         lru_add_drain_all();
6859         drain_all_pages(cc.zone);
6860
6861         order = 0;
6862         outer_start = start;
6863         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6864                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6865                         ret = -EBUSY;
6866                         goto done;
6867                 }
6868                 outer_start &= ~0UL << order;
6869         }
6870
6871         /* Make sure the range is really isolated. */
6872         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6873                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6874                         __func__, outer_start, end);
6875                 ret = -EBUSY;
6876                 goto done;
6877         }
6878
6879         /* Grab isolated pages from freelists. */
6880         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6881         if (!outer_end) {
6882                 ret = -EBUSY;
6883                 goto done;
6884         }
6885
6886         /* Free head and tail (if any) */
6887         if (start != outer_start)
6888                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6889         if (end != outer_end)
6890                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6891
6892 done:
6893         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6894                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6895         return ret;
6896 }
6897
6898 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6899 {
6900         unsigned int count = 0;
6901
6902         for (; nr_pages--; pfn++) {
6903                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6904
6905                 count += page_count(page) != 1;
6906                 __free_page(page);
6907         }
6908         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6909 }
6910 #endif
6911
6912 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6913 /*
6914  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6915  * page high values need to be recalulated.
6916  */
6917 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6918 {
6919         unsigned cpu;
6920         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6921         for_each_possible_cpu(cpu)
6922                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6923                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6924         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6925 }
6926 #endif
6927
6928 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6929 {
6930         unsigned long flags;
6931         int cpu;
6932         struct per_cpu_pageset *pset;
6933
6934         /* avoid races with drain_pages()  */
6935         local_irq_save(flags);
6936         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6937                 for_each_online_cpu(cpu) {
6938                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6939                         drain_zonestat(zone, pset);
6940                 }
6941                 free_percpu(zone->pageset);
6942                 zone->pageset = &boot_pageset;
6943         }
6944         local_irq_restore(flags);
6945 }
6946
6947 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6948 /*
6949  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6950  */
6951 void
6952 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6953 {
6954         struct page *page;
6955         struct zone *zone;
6956         unsigned int order, i;
6957         unsigned long pfn;
6958         unsigned long flags;
6959         /* find the first valid pfn */
6960         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6961                 if (pfn_valid(pfn))
6962                         break;
6963         if (pfn == end_pfn)
6964                 return;
6965         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6966         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6967         pfn = start_pfn;
6968         while (pfn < end_pfn) {
6969                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6970                         pfn++;
6971                         continue;
6972                 }
6973                 page = pfn_to_page(pfn);
6974                 /*
6975                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6976                  * page_count() is not 0.
6977                  */
6978                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6979                         pfn++;
6980                         SetPageReserved(page);
6981                         continue;
6982                 }
6983
6984                 BUG_ON(page_count(page));
6985                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6986                 order = page_order(page);
6987 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6988                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6989                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6990 #endif
6991                 list_del(&page->lru);
6992                 rmv_page_order(page);
6993                 zone->free_area[order].nr_free--;
6994                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6995                         SetPageReserved((page+i));
6996                 pfn += (1 << order);
6997         }
6998         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6999 }
7000 #endif
7001
7002 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
7003 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7004 {
7005         struct zone *zone = page_zone(page);
7006         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7007         unsigned long flags;
7008         unsigned int order;
7009
7010         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7011         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7012                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7013
7014                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7015                         break;
7016         }
7017         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7018
7019         return order < MAX_ORDER;
7020 }
7021 #endif