mm, page_alloc: avoid looking up the first zone in a zonelist twice
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355
356 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
357 {
358         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
359                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
360                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
361
362         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
363                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
364 }
365
366 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
367 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
368 {
369         int ret = 0;
370         unsigned seq;
371         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
372         unsigned long sp, start_pfn;
373
374         do {
375                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
376                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
377                 sp = zone->spanned_pages;
378                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
379                         ret = 1;
380         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
381
382         if (ret)
383                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
384                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
385                         start_pfn, start_pfn + sp);
386
387         return ret;
388 }
389
390 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
391 {
392         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
393                 return 0;
394         if (zone != page_zone(page))
395                 return 0;
396
397         return 1;
398 }
399 /*
400  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
401  */
402 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
403 {
404         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
405                 return 1;
406         if (!page_is_consistent(zone, page))
407                 return 1;
408
409         return 0;
410 }
411 #else
412 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
413 {
414         return 0;
415 }
416 #endif
417
418 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
419                 unsigned long bad_flags)
420 {
421         static unsigned long resume;
422         static unsigned long nr_shown;
423         static unsigned long nr_unshown;
424
425         /* Don't complain about poisoned pages */
426         if (PageHWPoison(page)) {
427                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
428                 return;
429         }
430
431         /*
432          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
433          * or allow a steady drip of one report per second.
434          */
435         if (nr_shown == 60) {
436                 if (time_before(jiffies, resume)) {
437                         nr_unshown++;
438                         goto out;
439                 }
440                 if (nr_unshown) {
441                         pr_alert(
442                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
443                                 nr_unshown);
444                         nr_unshown = 0;
445                 }
446                 nr_shown = 0;
447         }
448         if (nr_shown++ == 0)
449                 resume = jiffies + 60 * HZ;
450
451         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
452                 current->comm, page_to_pfn(page));
453         __dump_page(page, reason);
454         bad_flags &= page->flags;
455         if (bad_flags)
456                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
457                                                 bad_flags, &bad_flags);
458         dump_page_owner(page);
459
460         print_modules();
461         dump_stack();
462 out:
463         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
464         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
465         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
466 }
467
468 /*
469  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
470  *
471  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
472  *
473  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
474  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
475  *
476  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
477  * page destructors. See compound_page_dtors.
478  *
479  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
480  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
481  */
482
483 void free_compound_page(struct page *page)
484 {
485         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
486 }
487
488 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
489 {
490         int i;
491         int nr_pages = 1 << order;
492
493         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
494         set_compound_order(page, order);
495         __SetPageHead(page);
496         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
497                 struct page *p = page + i;
498                 set_page_count(p, 0);
499                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
500                 set_compound_head(p, page);
501         }
502         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
503 }
504
505 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
506 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
507 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
508                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
509 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
510 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
511
512 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
513 {
514         if (!buf)
515                 return -EINVAL;
516
517         if (strcmp(buf, "on") == 0)
518                 _debug_pagealloc_enabled = true;
519
520         if (strcmp(buf, "off") == 0)
521                 _debug_pagealloc_enabled = false;
522
523         return 0;
524 }
525 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
526
527 static bool need_debug_guardpage(void)
528 {
529         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return false;
532
533         return true;
534 }
535
536 static void init_debug_guardpage(void)
537 {
538         if (!debug_pagealloc_enabled())
539                 return;
540
541         _debug_guardpage_enabled = true;
542 }
543
544 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
545         .need = need_debug_guardpage,
546         .init = init_debug_guardpage,
547 };
548
549 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
550 {
551         unsigned long res;
552
553         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
554                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
555                 return 0;
556         }
557         _debug_guardpage_minorder = res;
558         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
559         return 0;
560 }
561 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
562
563 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
573
574         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
575         set_page_private(page, order);
576         /* Guard pages are not available for any usage */
577         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
578 }
579
580 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
581                                 unsigned int order, int migratetype)
582 {
583         struct page_ext *page_ext;
584
585         if (!debug_guardpage_enabled())
586                 return;
587
588         page_ext = lookup_page_ext(page);
589         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
590
591         set_page_private(page, 0);
592         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
593                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
594 }
595 #else
596 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
597 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
598                                 unsigned int order, int migratetype) {}
599 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
600                                 unsigned int order, int migratetype) {}
601 #endif
602
603 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
604 {
605         set_page_private(page, order);
606         __SetPageBuddy(page);
607 }
608
609 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
610 {
611         __ClearPageBuddy(page);
612         set_page_private(page, 0);
613 }
614
615 /*
616  * This function checks whether a page is free && is the buddy
617  * we can do coalesce a page and its buddy if
618  * (a) the buddy is not in a hole &&
619  * (b) the buddy is in the buddy system &&
620  * (c) a page and its buddy have the same order &&
621  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
622  *
623  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
624  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
625  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
626  * serialized by zone->lock.
627  *
628  * For recording page's order, we use page_private(page).
629  */
630 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
631                                                         unsigned int order)
632 {
633         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
634                 return 0;
635
636         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
637                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
638                         return 0;
639
640                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
641
642                 return 1;
643         }
644
645         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
646                 /*
647                  * zone check is done late to avoid uselessly
648                  * calculating zone/node ids for pages that could
649                  * never merge.
650                  */
651                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
652                         return 0;
653
654                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
655
656                 return 1;
657         }
658         return 0;
659 }
660
661 /*
662  * Freeing function for a buddy system allocator.
663  *
664  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
665  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
666  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
667  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
668  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
669  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
670  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
671  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
672  * parts of the VM system.
673  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
674  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
675  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
676  * field.
677  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
678  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
679  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
680  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
681  * triggers coalescing into a block of larger size.
682  *
683  * -- nyc
684  */
685
686 static inline void __free_one_page(struct page *page,
687                 unsigned long pfn,
688                 struct zone *zone, unsigned int order,
689                 int migratetype)
690 {
691         unsigned long page_idx;
692         unsigned long combined_idx;
693         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
694         struct page *buddy;
695         unsigned int max_order;
696
697         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
698
699         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
700         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
701
702         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
703         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
704                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
705
706         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
707
708         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
709         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
710
711 continue_merging:
712         while (order < max_order - 1) {
713                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
714                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
715                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
716                         goto done_merging;
717                 /*
718                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
719                  * merge with it and move up one order.
720                  */
721                 if (page_is_guard(buddy)) {
722                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
723                 } else {
724                         list_del(&buddy->lru);
725                         zone->free_area[order].nr_free--;
726                         rmv_page_order(buddy);
727                 }
728                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
729                 page = page + (combined_idx - page_idx);
730                 page_idx = combined_idx;
731                 order++;
732         }
733         if (max_order < MAX_ORDER) {
734                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
735                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
736                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
737                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
738                  *
739                  * We don't want to hit this code for the more frequent
740                  * low-order merging.
741                  */
742                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
743                         int buddy_mt;
744
745                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
746                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
747                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
748
749                         if (migratetype != buddy_mt
750                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
751                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
752                                 goto done_merging;
753                 }
754                 max_order++;
755                 goto continue_merging;
756         }
757
758 done_merging:
759         set_page_order(page, order);
760
761         /*
762          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
763          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
764          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
765          * that is happening, add the free page to the tail of the list
766          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
767          * as a higher order page
768          */
769         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
770                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
771                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
772                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
773                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
774                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
775                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
776                         list_add_tail(&page->lru,
777                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
778                         goto out;
779                 }
780         }
781
782         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
783 out:
784         zone->free_area[order].nr_free++;
785 }
786
787 static inline int free_pages_check(struct page *page)
788 {
789         const char *bad_reason = NULL;
790         unsigned long bad_flags = 0;
791
792         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
793                 bad_reason = "nonzero mapcount";
794         if (unlikely(page->mapping != NULL))
795                 bad_reason = "non-NULL mapping";
796         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
797                 bad_reason = "nonzero _refcount";
798         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
799                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
800                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
801         }
802 #ifdef CONFIG_MEMCG
803         if (unlikely(page->mem_cgroup))
804                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
805 #endif
806         if (unlikely(bad_reason)) {
807                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
808                 return 1;
809         }
810         page_cpupid_reset_last(page);
811         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
812                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
813         return 0;
814 }
815
816 /*
817  * Frees a number of pages from the PCP lists
818  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
819  * count is the number of pages to free.
820  *
821  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
822  * see if this freeing clears that state.
823  *
824  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
825  * pinned" detection logic.
826  */
827 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
828                                         struct per_cpu_pages *pcp)
829 {
830         int migratetype = 0;
831         int batch_free = 0;
832         int to_free = count;
833         unsigned long nr_scanned;
834         bool isolated_pageblocks;
835
836         spin_lock(&zone->lock);
837         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
838         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
839         if (nr_scanned)
840                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
841
842         while (to_free) {
843                 struct page *page;
844                 struct list_head *list;
845
846                 /*
847                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
848                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
849                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
850                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
851                  * lists
852                  */
853                 do {
854                         batch_free++;
855                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
856                                 migratetype = 0;
857                         list = &pcp->lists[migratetype];
858                 } while (list_empty(list));
859
860                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
861                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
862                         batch_free = to_free;
863
864                 do {
865                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
866
867                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
868                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
869                         list_del(&page->lru);
870
871                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
872                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
873                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
874                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
875                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
876                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
877
878                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
879                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
880                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
881         }
882         spin_unlock(&zone->lock);
883 }
884
885 static void free_one_page(struct zone *zone,
886                                 struct page *page, unsigned long pfn,
887                                 unsigned int order,
888                                 int migratetype)
889 {
890         unsigned long nr_scanned;
891         spin_lock(&zone->lock);
892         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
893         if (nr_scanned)
894                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
895
896         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
897                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
898                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
899         }
900         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
901         spin_unlock(&zone->lock);
902 }
903
904 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
905 {
906         int ret = 1;
907
908         /*
909          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
910          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
911          */
912         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
913
914         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
915                 ret = 0;
916                 goto out;
917         }
918         switch (page - head_page) {
919         case 1:
920                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
921                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
922                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
923                         goto out;
924                 }
925                 break;
926         case 2:
927                 /*
928                  * the second tail page: ->mapping is
929                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
930                  */
931                 break;
932         default:
933                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
934                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
935                         goto out;
936                 }
937                 break;
938         }
939         if (unlikely(!PageTail(page))) {
940                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
941                 goto out;
942         }
943         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
944                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
945                 goto out;
946         }
947         ret = 0;
948 out:
949         page->mapping = NULL;
950         clear_compound_head(page);
951         return ret;
952 }
953
954 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
955                                 unsigned long zone, int nid)
956 {
957         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
958         init_page_count(page);
959         page_mapcount_reset(page);
960         page_cpupid_reset_last(page);
961
962         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
963 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
964         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
965         if (!is_highmem_idx(zone))
966                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
967 #endif
968 }
969
970 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
971                                         int nid)
972 {
973         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
974 }
975
976 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
977 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
978 {
979         pg_data_t *pgdat;
980         int nid, zid;
981
982         if (!early_page_uninitialised(pfn))
983                 return;
984
985         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
986         pgdat = NODE_DATA(nid);
987
988         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
989                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
990
991                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
992                         break;
993         }
994         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
995 }
996 #else
997 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
998 {
999 }
1000 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1001
1002 /*
1003  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1004  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1005  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1006  * sent to the buddy page allocator.
1007  */
1008 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1009 {
1010         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1011         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1012
1013         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1014                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1015                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1016
1017                         init_reserved_page(start_pfn);
1018
1019                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1020                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1021
1022                         SetPageReserved(page);
1023                 }
1024         }
1025 }
1026
1027 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1028 {
1029         int bad = 0;
1030
1031         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1032
1033         trace_mm_page_free(page, order);
1034         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1035         kasan_free_pages(page, order);
1036
1037         /*
1038          * Check tail pages before head page information is cleared to
1039          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1040          */
1041         if (unlikely(order)) {
1042                 bool compound = PageCompound(page);
1043                 int i;
1044
1045                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1046
1047                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1048                         if (compound)
1049                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1050                         bad += free_pages_check(page + i);
1051                 }
1052         }
1053         if (PageAnonHead(page))
1054                 page->mapping = NULL;
1055         bad += free_pages_check(page);
1056         if (bad)
1057                 return false;
1058
1059         reset_page_owner(page, order);
1060
1061         if (!PageHighMem(page)) {
1062                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1063                                            PAGE_SIZE << order);
1064                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1065                                            PAGE_SIZE << order);
1066         }
1067         arch_free_page(page, order);
1068         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1069         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1070
1071         return true;
1072 }
1073
1074 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1075 {
1076         unsigned long flags;
1077         int migratetype;
1078         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1079
1080         if (!free_pages_prepare(page, order))
1081                 return;
1082
1083         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1084         local_irq_save(flags);
1085         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1086         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1087         local_irq_restore(flags);
1088 }
1089
1090 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1091 {
1092         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1093         struct page *p = page;
1094         unsigned int loop;
1095
1096         prefetchw(p);
1097         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1098                 prefetchw(p + 1);
1099                 __ClearPageReserved(p);
1100                 set_page_count(p, 0);
1101         }
1102         __ClearPageReserved(p);
1103         set_page_count(p, 0);
1104
1105         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1106         set_page_refcounted(page);
1107         __free_pages(page, order);
1108 }
1109
1110 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1111         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1112
1113 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1114
1115 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1116 {
1117         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1118         int nid;
1119
1120         spin_lock(&early_pfn_lock);
1121         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1122         if (nid < 0)
1123                 nid = 0;
1124         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1125
1126         return nid;
1127 }
1128 #endif
1129
1130 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1131 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1132                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1133 {
1134         int nid;
1135
1136         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1137         if (nid >= 0 && nid != node)
1138                 return false;
1139         return true;
1140 }
1141
1142 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1143 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1144 {
1145         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1146 }
1147
1148 #else
1149
1150 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1151 {
1152         return true;
1153 }
1154 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1155                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1156 {
1157         return true;
1158 }
1159 #endif
1160
1161
1162 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1163                                                         unsigned int order)
1164 {
1165         if (early_page_uninitialised(pfn))
1166                 return;
1167         return __free_pages_boot_core(page, order);
1168 }
1169
1170 /*
1171  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1172  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1173  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1174  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1175  * pageblocks.
1176  *
1177  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1178  *
1179  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1180  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1181  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1182  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1183  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1184  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1185  * page in a pageblock.
1186  */
1187 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1188                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1189 {
1190         struct page *start_page;
1191         struct page *end_page;
1192
1193         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1194         end_pfn--;
1195
1196         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1197                 return NULL;
1198
1199         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1200
1201         if (page_zone(start_page) != zone)
1202                 return NULL;
1203
1204         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1205
1206         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1207         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1208                 return NULL;
1209
1210         return start_page;
1211 }
1212
1213 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1214 {
1215         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1216         unsigned long block_end_pfn;
1217
1218         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1219         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1220                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1221                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1222
1223                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1224
1225                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1226                                              block_end_pfn, zone))
1227                         return;
1228         }
1229
1230         /* We confirm that there is no hole */
1231         zone->contiguous = true;
1232 }
1233
1234 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1235 {
1236         zone->contiguous = false;
1237 }
1238
1239 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1240 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1241                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1242 {
1243         int i;
1244
1245         if (!page)
1246                 return;
1247
1248         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1249         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1250             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1251                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1252                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1253                 return;
1254         }
1255
1256         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1257                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1258 }
1259
1260 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1261 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1262 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1263
1264 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1265 {
1266         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1267                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1268 }
1269
1270 /* Initialise remaining memory on a node */
1271 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1272 {
1273         pg_data_t *pgdat = data;
1274         int nid = pgdat->node_id;
1275         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1276         unsigned long start = jiffies;
1277         unsigned long nr_pages = 0;
1278         unsigned long walk_start, walk_end;
1279         int i, zid;
1280         struct zone *zone;
1281         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1282         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1283
1284         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1285                 pgdat_init_report_one_done();
1286                 return 0;
1287         }
1288
1289         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1290         if (!cpumask_empty(cpumask))
1291                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1292
1293         /* Sanity check boundaries */
1294         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1295         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1296         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1297
1298         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1299         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1300                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1301                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1302                         break;
1303         }
1304
1305         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1306                 unsigned long pfn, end_pfn;
1307                 struct page *page = NULL;
1308                 struct page *free_base_page = NULL;
1309                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1310                 int nr_to_free = 0;
1311
1312                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1313                 pfn = first_init_pfn;
1314                 if (pfn < walk_start)
1315                         pfn = walk_start;
1316                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1317                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1318
1319                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1320                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1321                                 goto free_range;
1322
1323                         /*
1324                          * Ensure pfn_valid is checked every
1325                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1326                          */
1327                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1328                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1329                                         page = NULL;
1330                                         goto free_range;
1331                                 }
1332                         }
1333
1334                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1335                                 page = NULL;
1336                                 goto free_range;
1337                         }
1338
1339                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1340                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1341                                 page++;
1342                         } else {
1343                                 nr_pages += nr_to_free;
1344                                 deferred_free_range(free_base_page,
1345                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1346                                 free_base_page = NULL;
1347                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1348
1349                                 page = pfn_to_page(pfn);
1350                                 cond_resched();
1351                         }
1352
1353                         if (page->flags) {
1354                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1355                                 goto free_range;
1356                         }
1357
1358                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1359                         if (!free_base_page) {
1360                                 free_base_page = page;
1361                                 free_base_pfn = pfn;
1362                                 nr_to_free = 0;
1363                         }
1364                         nr_to_free++;
1365
1366                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1367                         continue;
1368 free_range:
1369                         /* Free the current block of pages to allocator */
1370                         nr_pages += nr_to_free;
1371                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1372                                                                 nr_to_free);
1373                         free_base_page = NULL;
1374                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1375                 }
1376
1377                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1378         }
1379
1380         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1381         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1382
1383         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1384                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1385
1386         pgdat_init_report_one_done();
1387         return 0;
1388 }
1389 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1390
1391 void __init page_alloc_init_late(void)
1392 {
1393         struct zone *zone;
1394
1395 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1396         int nid;
1397
1398         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1399         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1400         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1401                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1402         }
1403
1404         /* Block until all are initialised */
1405         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1406
1407         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1408         files_maxfiles_init();
1409 #endif
1410
1411         for_each_populated_zone(zone)
1412                 set_zone_contiguous(zone);
1413 }
1414
1415 #ifdef CONFIG_CMA
1416 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1417 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1418 {
1419         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1420         struct page *p = page;
1421
1422         do {
1423                 __ClearPageReserved(p);
1424                 set_page_count(p, 0);
1425         } while (++p, --i);
1426
1427         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1428
1429         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1430                 i = pageblock_nr_pages;
1431                 p = page;
1432                 do {
1433                         set_page_refcounted(p);
1434                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1435                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1436                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1437         } else {
1438                 set_page_refcounted(page);
1439                 __free_pages(page, pageblock_order);
1440         }
1441
1442         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1443 }
1444 #endif
1445
1446 /*
1447  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1448  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1449  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1450  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1451  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1452  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1453  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1454  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1455  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1456  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1457  *
1458  * -- nyc
1459  */
1460 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1461         int low, int high, struct free_area *area,
1462         int migratetype)
1463 {
1464         unsigned long size = 1 << high;
1465
1466         while (high > low) {
1467                 area--;
1468                 high--;
1469                 size >>= 1;
1470                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1471
1472                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1473                         debug_guardpage_enabled() &&
1474                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1475                         /*
1476                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1477                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1478                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1479                          * pages will stay not present in virtual address space
1480                          */
1481                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1482                         continue;
1483                 }
1484                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1485                 area->nr_free++;
1486                 set_page_order(&page[size], high);
1487         }
1488 }
1489
1490 /*
1491  * This page is about to be returned from the page allocator
1492  */
1493 static inline int check_new_page(struct page *page)
1494 {
1495         const char *bad_reason = NULL;
1496         unsigned long bad_flags = 0;
1497
1498         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1499                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1500         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1501                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1502         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1503                 bad_reason = "nonzero _count";
1504         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1505                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1506                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1507         }
1508         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1509                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1510                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1511         }
1512 #ifdef CONFIG_MEMCG
1513         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1514                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1515 #endif
1516         if (unlikely(bad_reason)) {
1517                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1518                 return 1;
1519         }
1520         return 0;
1521 }
1522
1523 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1524 {
1525         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1526                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1527 }
1528
1529 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1530                                                         unsigned int alloc_flags)
1531 {
1532         int i;
1533         bool poisoned = true;
1534
1535         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1536                 struct page *p = page + i;
1537                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1538                         return 1;
1539                 if (poisoned)
1540                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1541         }
1542
1543         set_page_private(page, 0);
1544         set_page_refcounted(page);
1545
1546         arch_alloc_page(page, order);
1547         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1548         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1549         kasan_alloc_pages(page, order);
1550
1551         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1552                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1553                         clear_highpage(page + i);
1554
1555         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1556                 prep_compound_page(page, order);
1557
1558         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1559
1560         /*
1561          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1562          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1563          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1564          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1565          */
1566         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1567                 set_page_pfmemalloc(page);
1568         else
1569                 clear_page_pfmemalloc(page);
1570
1571         return 0;
1572 }
1573
1574 /*
1575  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1576  * the smallest available page from the freelists
1577  */
1578 static inline
1579 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1580                                                 int migratetype)
1581 {
1582         unsigned int current_order;
1583         struct free_area *area;
1584         struct page *page;
1585
1586         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1587         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1588                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1589                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1590                                                         struct page, lru);
1591                 if (!page)
1592                         continue;
1593                 list_del(&page->lru);
1594                 rmv_page_order(page);
1595                 area->nr_free--;
1596                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1597                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1598                 return page;
1599         }
1600
1601         return NULL;
1602 }
1603
1604
1605 /*
1606  * This array describes the order lists are fallen back to when
1607  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1608  */
1609 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1610         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1611         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1612         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1613 #ifdef CONFIG_CMA
1614         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1615 #endif
1616 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1617         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1618 #endif
1619 };
1620
1621 #ifdef CONFIG_CMA
1622 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1623                                         unsigned int order)
1624 {
1625         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1626 }
1627 #else
1628 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1629                                         unsigned int order) { return NULL; }
1630 #endif
1631
1632 /*
1633  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1634  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1635  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1636  */
1637 int move_freepages(struct zone *zone,
1638                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1639                           int migratetype)
1640 {
1641         struct page *page;
1642         unsigned int order;
1643         int pages_moved = 0;
1644
1645 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1646         /*
1647          * page_zone is not safe to call in this context when
1648          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1649          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1650          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1651          * grouping pages by mobility
1652          */
1653         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1654 #endif
1655
1656         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1657                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1658                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1659
1660                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1661                         page++;
1662                         continue;
1663                 }
1664
1665                 if (!PageBuddy(page)) {
1666                         page++;
1667                         continue;
1668                 }
1669
1670                 order = page_order(page);
1671                 list_move(&page->lru,
1672                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1673                 page += 1 << order;
1674                 pages_moved += 1 << order;
1675         }
1676
1677         return pages_moved;
1678 }
1679
1680 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1681                                 int migratetype)
1682 {
1683         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1684         struct page *start_page, *end_page;
1685
1686         start_pfn = page_to_pfn(page);
1687         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1688         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1689         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1690         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1691
1692         /* Do not cross zone boundaries */
1693         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1694                 start_page = page;
1695         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1696                 return 0;
1697
1698         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1699 }
1700
1701 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1702                                         int start_order, int migratetype)
1703 {
1704         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1705
1706         while (nr_pageblocks--) {
1707                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1708                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1709         }
1710 }
1711
1712 /*
1713  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1714  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1715  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1716  *
1717  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1718  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1719  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1720  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1721  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1722  * pageblocks.
1723  */
1724 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1725 {
1726         /*
1727          * Leaving this order check is intended, although there is
1728          * relaxed order check in next check. The reason is that
1729          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1730          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1731          * so could be changed anytime.
1732          */
1733         if (order >= pageblock_order)
1734                 return true;
1735
1736         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1737                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1738                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1739                 page_group_by_mobility_disabled)
1740                 return true;
1741
1742         return false;
1743 }
1744
1745 /*
1746  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1747  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1748  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1749  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1750  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1751  */
1752 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1753                                                           int start_type)
1754 {
1755         unsigned int current_order = page_order(page);
1756         int pages;
1757
1758         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1759         if (current_order >= pageblock_order) {
1760                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1761                 return;
1762         }
1763
1764         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1765
1766         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1767         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1768                         page_group_by_mobility_disabled)
1769                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1770 }
1771
1772 /*
1773  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1774  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1775  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1776  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1777  */
1778 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1779                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1780 {
1781         int i;
1782         int fallback_mt;
1783
1784         if (area->nr_free == 0)
1785                 return -1;
1786
1787         *can_steal = false;
1788         for (i = 0;; i++) {
1789                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1790                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1791                         break;
1792
1793                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1794                         continue;
1795
1796                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1797                         *can_steal = true;
1798
1799                 if (!only_stealable)
1800                         return fallback_mt;
1801
1802                 if (*can_steal)
1803                         return fallback_mt;
1804         }
1805
1806         return -1;
1807 }
1808
1809 /*
1810  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1811  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1812  */
1813 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1814                                 unsigned int alloc_order)
1815 {
1816         int mt;
1817         unsigned long max_managed, flags;
1818
1819         /*
1820          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1821          * Check is race-prone but harmless.
1822          */
1823         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1824         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1825                 return;
1826
1827         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1828
1829         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1830         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1831                 goto out_unlock;
1832
1833         /* Yoink! */
1834         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1835         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1836                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1837                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1838                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1839                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1840         }
1841
1842 out_unlock:
1843         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1848  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1849  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1850  * to recover from than an OOM.
1851  */
1852 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1853 {
1854         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1855         unsigned long flags;
1856         struct zoneref *z;
1857         struct zone *zone;
1858         struct page *page;
1859         int order;
1860
1861         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1862                                                                 ac->nodemask) {
1863                 /* Preserve at least one pageblock */
1864                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1865                         continue;
1866
1867                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1868                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1869                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1870
1871                         page = list_first_entry_or_null(
1872                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1873                                         struct page, lru);
1874                         if (!page)
1875                                 continue;
1876
1877                         /*
1878                          * It should never happen but changes to locking could
1879                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1880                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1881                          * and watch for underflows.
1882                          */
1883                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1884                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1885
1886                         /*
1887                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1888                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1889                          * is doing the work and needs the pages. More
1890                          * importantly, if the block was always converted to
1891                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1892                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1893                          * may increase.
1894                          */
1895                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1896                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1897                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1898                         return;
1899                 }
1900                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1901         }
1902 }
1903
1904 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1905 static inline struct page *
1906 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1907 {
1908         struct free_area *area;
1909         unsigned int current_order;
1910         struct page *page;
1911         int fallback_mt;
1912         bool can_steal;
1913
1914         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1915         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1916                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1917                                 --current_order) {
1918                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1919                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1920                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1921                 if (fallback_mt == -1)
1922                         continue;
1923
1924                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1925                                                 struct page, lru);
1926                 if (can_steal)
1927                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1928
1929                 /* Remove the page from the freelists */
1930                 area->nr_free--;
1931                 list_del(&page->lru);
1932                 rmv_page_order(page);
1933
1934                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1935                                         start_migratetype);
1936                 /*
1937                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1938                  * migratetype depending on the decisions in
1939                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1940                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1941                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1942                  */
1943                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1944
1945                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1946                         start_migratetype, fallback_mt);
1947
1948                 return page;
1949         }
1950
1951         return NULL;
1952 }
1953
1954 /*
1955  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1956  * Call me with the zone->lock already held.
1957  */
1958 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1959                                 int migratetype)
1960 {
1961         struct page *page;
1962
1963         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1964         if (unlikely(!page)) {
1965                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1966                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1967
1968                 if (!page)
1969                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1970         }
1971
1972         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1973         return page;
1974 }
1975
1976 /*
1977  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1978  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1979  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1980  */
1981 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1982                         unsigned long count, struct list_head *list,
1983                         int migratetype, bool cold)
1984 {
1985         int i;
1986
1987         spin_lock(&zone->lock);
1988         for (i = 0; i < count; ++i) {
1989                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1990                 if (unlikely(page == NULL))
1991                         break;
1992
1993                 /*
1994                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1995                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1996                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1997                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1998                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1999                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2000                  * properly.
2001                  */
2002                 if (likely(!cold))
2003                         list_add(&page->lru, list);
2004                 else
2005                         list_add_tail(&page->lru, list);
2006                 list = &page->lru;
2007                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2008                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2009                                               -(1 << order));
2010         }
2011         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2012         spin_unlock(&zone->lock);
2013         return i;
2014 }
2015
2016 #ifdef CONFIG_NUMA
2017 /*
2018  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2019  * currently executing processor on remote nodes after they have
2020  * expired.
2021  *
2022  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2023  * a single processor.
2024  */
2025 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2026 {
2027         unsigned long flags;
2028         int to_drain, batch;
2029
2030         local_irq_save(flags);
2031         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2032         to_drain = min(pcp->count, batch);
2033         if (to_drain > 0) {
2034                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2035                 pcp->count -= to_drain;
2036         }
2037         local_irq_restore(flags);
2038 }
2039 #endif
2040
2041 /*
2042  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2043  *
2044  * The processor must either be the current processor and the
2045  * thread pinned to the current processor or a processor that
2046  * is not online.
2047  */
2048 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2049 {
2050         unsigned long flags;
2051         struct per_cpu_pageset *pset;
2052         struct per_cpu_pages *pcp;
2053
2054         local_irq_save(flags);
2055         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2056
2057         pcp = &pset->pcp;
2058         if (pcp->count) {
2059                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2060                 pcp->count = 0;
2061         }
2062         local_irq_restore(flags);
2063 }
2064
2065 /*
2066  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2067  *
2068  * The processor must either be the current processor and the
2069  * thread pinned to the current processor or a processor that
2070  * is not online.
2071  */
2072 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2073 {
2074         struct zone *zone;
2075
2076         for_each_populated_zone(zone) {
2077                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2078         }
2079 }
2080
2081 /*
2082  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2083  *
2084  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2085  * the single zone's pages.
2086  */
2087 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2088 {
2089         int cpu = smp_processor_id();
2090
2091         if (zone)
2092                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2093         else
2094                 drain_pages(cpu);
2095 }
2096
2097 /*
2098  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2099  *
2100  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2101  *
2102  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2103  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2104  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2105  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2106  * before the call to on_each_cpu_mask().
2107  */
2108 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2109 {
2110         int cpu;
2111
2112         /*
2113          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2114          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2115          */
2116         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2117
2118         /*
2119          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2120          * as offline notification will cause the notified
2121          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2122          * disables preemption as part of its processing
2123          */
2124         for_each_online_cpu(cpu) {
2125                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2126                 struct zone *z;
2127                 bool has_pcps = false;
2128
2129                 if (zone) {
2130                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2131                         if (pcp->pcp.count)
2132                                 has_pcps = true;
2133                 } else {
2134                         for_each_populated_zone(z) {
2135                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2136                                 if (pcp->pcp.count) {
2137                                         has_pcps = true;
2138                                         break;
2139                                 }
2140                         }
2141                 }
2142
2143                 if (has_pcps)
2144                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2145                 else
2146                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2147         }
2148         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2149                                                                 zone, 1);
2150 }
2151
2152 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2153
2154 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2155 {
2156         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2157         unsigned long flags;
2158         unsigned int order, t;
2159         struct page *page;
2160
2161         if (zone_is_empty(zone))
2162                 return;
2163
2164         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2165
2166         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2167         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2168                 if (pfn_valid(pfn)) {
2169                         page = pfn_to_page(pfn);
2170
2171                         if (page_zone(page) != zone)
2172                                 continue;
2173
2174                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2175                                 swsusp_unset_page_free(page);
2176                 }
2177
2178         for_each_migratetype_order(order, t) {
2179                 list_for_each_entry(page,
2180                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2181                         unsigned long i;
2182
2183                         pfn = page_to_pfn(page);
2184                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2185                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2186                 }
2187         }
2188         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2189 }
2190 #endif /* CONFIG_PM */
2191
2192 /*
2193  * Free a 0-order page
2194  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2195  */
2196 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2197 {
2198         struct zone *zone = page_zone(page);
2199         struct per_cpu_pages *pcp;
2200         unsigned long flags;
2201         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2202         int migratetype;
2203
2204         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2205                 return;
2206
2207         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2208         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2209         local_irq_save(flags);
2210         __count_vm_event(PGFREE);
2211
2212         /*
2213          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2214          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2215          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2216          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2217          * excessively into the page allocator
2218          */
2219         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2220                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2221                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2222                         goto out;
2223                 }
2224                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2225         }
2226
2227         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2228         if (!cold)
2229                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2230         else
2231                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2232         pcp->count++;
2233         if (pcp->count >= pcp->high) {
2234                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2235                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2236                 pcp->count -= batch;
2237         }
2238
2239 out:
2240         local_irq_restore(flags);
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Free a list of 0-order pages
2245  */
2246 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2247 {
2248         struct page *page, *next;
2249
2250         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2251                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2252                 free_hot_cold_page(page, cold);
2253         }
2254 }
2255
2256 /*
2257  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2258  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2259  * Each sub-page must be freed individually.
2260  *
2261  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2262  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2263  */
2264 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2265 {
2266         int i;
2267         gfp_t gfp_mask;
2268
2269         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2270         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2271
2272 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2273         /*
2274          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2275          * otherwise free the whole shadow.
2276          */
2277         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2278                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2279 #endif
2280
2281         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2282         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2283         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2284                 set_page_refcounted(page + i);
2285                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2286         }
2287 }
2288 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2289
2290 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2291 {
2292         unsigned long watermark;
2293         struct zone *zone;
2294         int mt;
2295
2296         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2297
2298         zone = page_zone(page);
2299         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2300
2301         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2302                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2303                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2304                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2305                         return 0;
2306
2307                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2308         }
2309
2310         /* Remove page from free list */
2311         list_del(&page->lru);
2312         zone->free_area[order].nr_free--;
2313         rmv_page_order(page);
2314
2315         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2316
2317         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2318         if (order >= pageblock_order - 1) {
2319                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2320                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2321                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2322                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2323                                 set_pageblock_migratetype(page,
2324                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2325                 }
2326         }
2327
2328
2329         return 1UL << order;
2330 }
2331
2332 /*
2333  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2334  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2335  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2336  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2337  * are enabled.
2338  *
2339  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2340  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2341  */
2342 int split_free_page(struct page *page)
2343 {
2344         unsigned int order;
2345         int nr_pages;
2346
2347         order = page_order(page);
2348
2349         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2350         if (!nr_pages)
2351                 return 0;
2352
2353         /* Split into individual pages */
2354         set_page_refcounted(page);
2355         split_page(page, order);
2356         return nr_pages;
2357 }
2358
2359 /*
2360  * Update NUMA hit/miss statistics
2361  *
2362  * Must be called with interrupts disabled.
2363  *
2364  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2365  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2366  * memory on behalf of other processes.
2367  */
2368 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2369                                                                 gfp_t flags)
2370 {
2371 #ifdef CONFIG_NUMA
2372         int local_nid = numa_node_id();
2373         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2374
2375         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2376                 local_stat = NUMA_OTHER;
2377                 local_nid = preferred_zone->node;
2378         }
2379
2380         if (z->node == local_nid) {
2381                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2382                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2383         } else {
2384                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2385                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2386         }
2387 #endif
2388 }
2389
2390 /*
2391  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2392  */
2393 static inline
2394 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2395                         struct zone *zone, unsigned int order,
2396                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2397                         int migratetype)
2398 {
2399         unsigned long flags;
2400         struct page *page;
2401         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2402
2403         if (likely(order == 0)) {
2404                 struct per_cpu_pages *pcp;
2405                 struct list_head *list;
2406
2407                 local_irq_save(flags);
2408                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2409                 list = &pcp->lists[migratetype];
2410                 if (list_empty(list)) {
2411                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2412                                         pcp->batch, list,
2413                                         migratetype, cold);
2414                         if (unlikely(list_empty(list)))
2415                                 goto failed;
2416                 }
2417
2418                 if (cold)
2419                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2420                 else
2421                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2422
2423                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2424                 list_del(&page->lru);
2425                 pcp->count--;
2426         } else {
2427                 /*
2428                  * We most definitely don't want callers attempting to
2429                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2430                  */
2431                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2432                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2433
2434                 page = NULL;
2435                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2436                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2437                         if (page)
2438                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2439                 }
2440                 if (!page)
2441                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2442                 spin_unlock(&zone->lock);
2443                 if (!page)
2444                         goto failed;
2445                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2446                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2447                                           get_pcppage_migratetype(page));
2448         }
2449
2450         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2451             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2452                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2453
2454         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2455         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2456         local_irq_restore(flags);
2457
2458         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2459         return page;
2460
2461 failed:
2462         local_irq_restore(flags);
2463         return NULL;
2464 }
2465
2466 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2467
2468 static struct {
2469         struct fault_attr attr;
2470
2471         bool ignore_gfp_highmem;
2472         bool ignore_gfp_reclaim;
2473         u32 min_order;
2474 } fail_page_alloc = {
2475         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2476         .ignore_gfp_reclaim = true,
2477         .ignore_gfp_highmem = true,
2478         .min_order = 1,
2479 };
2480
2481 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2482 {
2483         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2484 }
2485 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2486
2487 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2488 {
2489         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2490                 return false;
2491         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2492                 return false;
2493         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2494                 return false;
2495         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2496                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2497                 return false;
2498
2499         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2500 }
2501
2502 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2503
2504 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2505 {
2506         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2507         struct dentry *dir;
2508
2509         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2510                                         &fail_page_alloc.attr);
2511         if (IS_ERR(dir))
2512                 return PTR_ERR(dir);
2513
2514         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2515                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2516                 goto fail;
2517         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2518                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2519                 goto fail;
2520         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2521                                 &fail_page_alloc.min_order))
2522                 goto fail;
2523
2524         return 0;
2525 fail:
2526         debugfs_remove_recursive(dir);
2527
2528         return -ENOMEM;
2529 }
2530
2531 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2532
2533 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2534
2535 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2536
2537 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2538 {
2539         return false;
2540 }
2541
2542 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2543
2544 /*
2545  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2546  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2547  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2548  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2549  */
2550 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2551                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2552                         unsigned int alloc_flags,
2553                         long free_pages)
2554 {
2555         long min = mark;
2556         int o;
2557         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2558
2559         /* free_pages may go negative - that's OK */
2560         free_pages -= (1 << order) - 1;
2561
2562         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2563                 min -= min / 2;
2564
2565         /*
2566          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2567          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2568          * atomic reserve but it avoids a search.
2569          */
2570         if (likely(!alloc_harder))
2571                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2572         else
2573                 min -= min / 4;
2574
2575 #ifdef CONFIG_CMA
2576         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2577         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2578                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2579 #endif
2580
2581         /*
2582          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2583          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2584          * even if a suitable page happened to be free.
2585          */
2586         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2587                 return false;
2588
2589         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2590         if (!order)
2591                 return true;
2592
2593         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2594         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2595                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2596                 int mt;
2597
2598                 if (!area->nr_free)
2599                         continue;
2600
2601                 if (alloc_harder)
2602                         return true;
2603
2604                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2605                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2606                                 return true;
2607                 }
2608
2609 #ifdef CONFIG_CMA
2610                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2611                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2612                         return true;
2613                 }
2614 #endif
2615         }
2616         return false;
2617 }
2618
2619 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2620                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2621 {
2622         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2623                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2624 }
2625
2626 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2627                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2628 {
2629         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2630         long cma_pages = 0;
2631
2632 #ifdef CONFIG_CMA
2633         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2634         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2635                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2636 #endif
2637
2638         /*
2639          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2640          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2641          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2642          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2643          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2644          */
2645         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2646                 return true;
2647
2648         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2649                                         free_pages);
2650 }
2651
2652 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2653                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2654 {
2655         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2656
2657         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2658                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2659
2660         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2661                                                                 free_pages);
2662 }
2663
2664 #ifdef CONFIG_NUMA
2665 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2666 {
2667         return local_zone->node == zone->node;
2668 }
2669
2670 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2671 {
2672         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2673                                 RECLAIM_DISTANCE;
2674 }
2675 #else   /* CONFIG_NUMA */
2676 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2677 {
2678         return true;
2679 }
2680
2681 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2682 {
2683         return true;
2684 }
2685 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2686
2687 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2688 {
2689         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2690
2691         do {
2692                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2693                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2694                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2695                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2696         } while (zone++ != preferred_zone);
2697 }
2698
2699 /*
2700  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2701  * a page.
2702  */
2703 static struct page *
2704 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2705                                                 const struct alloc_context *ac)
2706 {
2707         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2708         struct zone *zone;
2709         bool fair_skipped = false;
2710         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2711
2712 zonelist_scan:
2713         /*
2714          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2715          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2716          */
2717         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2718                                                                 ac->nodemask) {
2719                 struct page *page;
2720                 unsigned long mark;
2721
2722                 if (cpusets_enabled() &&
2723                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2724                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2725                                 continue;
2726                 /*
2727                  * Distribute pages in proportion to the individual
2728                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2729                  * page was allocated in should have no effect on the
2730                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2731                  */
2732                 if (apply_fair) {
2733                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2734                                 fair_skipped = true;
2735                                 continue;
2736                         }
2737                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2738                                 if (fair_skipped)
2739                                         goto reset_fair;
2740                                 apply_fair = false;
2741                         }
2742                 }
2743                 /*
2744                  * When allocating a page cache page for writing, we
2745                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2746                  * limit, such that no single zone holds more than its
2747                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2748                  * The dirty limits take into account the zone's
2749                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2750                  * should be able to balance it without having to
2751                  * write pages from its LRU list.
2752                  *
2753                  * This may look like it could increase pressure on
2754                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2755                  * before they are full.  But the pages that do spill
2756                  * over are limited as the lower zones are protected
2757                  * by this very same mechanism.  It should not become
2758                  * a practical burden to them.
2759                  *
2760                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2761                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2762                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2763                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2764                  * zones are together not big enough to reach the
2765                  * global limit.  The proper fix for these situations
2766                  * will require awareness of zones in the
2767                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2768                  */
2769                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2770                         continue;
2771
2772                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2773                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2774                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2775                         int ret;
2776
2777                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2778                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2779                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2780                                 goto try_this_zone;
2781
2782                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2783                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2784                                 continue;
2785
2786                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2787                         switch (ret) {
2788                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2789                                 /* did not scan */
2790                                 continue;
2791                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2792                                 /* scanned but unreclaimable */
2793                                 continue;
2794                         default:
2795                                 /* did we reclaim enough */
2796                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2797                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2798                                         goto try_this_zone;
2799
2800                                 continue;
2801                         }
2802                 }
2803
2804 try_this_zone:
2805                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2806                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2807                 if (page) {
2808                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2809                                 goto try_this_zone;
2810
2811                         /*
2812                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2813                          * if the pageblock should be reserved for the future
2814                          */
2815                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2816                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2817
2818                         return page;
2819                 }
2820         }
2821
2822         /*
2823          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2824          * local node.  However, the local node might have free pages left
2825          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2826          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2827          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2828          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2829          */
2830         if (fair_skipped) {
2831 reset_fair:
2832                 apply_fair = false;
2833                 fair_skipped = false;
2834                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
2835                 goto zonelist_scan;
2836         }
2837
2838         return NULL;
2839 }
2840
2841 /*
2842  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2843  * meminfo in irq context.
2844  */
2845 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2846 {
2847         bool ret = false;
2848
2849 #if NODES_SHIFT > 8
2850         ret = in_interrupt();
2851 #endif
2852         return ret;
2853 }
2854
2855 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2856                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2857                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2858
2859 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2860 {
2861         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2862
2863         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2864             debug_guardpage_minorder() > 0)
2865                 return;
2866
2867         /*
2868          * This documents exceptions given to allocations in certain
2869          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2870          * of allowed nodes.
2871          */
2872         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2873                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2874                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2875                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2876         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2877                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2878
2879         if (fmt) {
2880                 struct va_format vaf;
2881                 va_list args;
2882
2883                 va_start(args, fmt);
2884
2885                 vaf.fmt = fmt;
2886                 vaf.va = &args;
2887
2888                 pr_warn("%pV", &vaf);
2889
2890                 va_end(args);
2891         }
2892
2893         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2894                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2895         dump_stack();
2896         if (!should_suppress_show_mem())
2897                 show_mem(filter);
2898 }
2899
2900 static inline struct page *
2901 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2902         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2903 {
2904         struct oom_control oc = {
2905                 .zonelist = ac->zonelist,
2906                 .nodemask = ac->nodemask,
2907                 .gfp_mask = gfp_mask,
2908                 .order = order,
2909         };
2910         struct page *page;
2911
2912         *did_some_progress = 0;
2913
2914         /*
2915          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2916          * making progress for us.
2917          */
2918         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2919                 *did_some_progress = 1;
2920                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2921                 return NULL;
2922         }
2923
2924         /*
2925          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2926          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2927          * we're still under heavy pressure.
2928          */
2929         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2930                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2931         if (page)
2932                 goto out;
2933
2934         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2935                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2936                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2937                         goto out;
2938                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2939                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2940                         goto out;
2941                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2942                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2943                         goto out;
2944                 if (pm_suspended_storage())
2945                         goto out;
2946                 /*
2947                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
2948                  * other request to make a forward progress.
2949                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
2950                  * do much for this context but let's try it to at least get
2951                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
2952                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
2953                  * failures more gracefully we should just bail out here.
2954                  */
2955
2956                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2957                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2958                         goto out;
2959         }
2960         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2961         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2962                 *did_some_progress = 1;
2963
2964                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2965                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2966                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2967                         /*
2968                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2969                          * are depleted
2970                          */
2971                         if (!page)
2972                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2973                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2974                 }
2975         }
2976 out:
2977         mutex_unlock(&oom_lock);
2978         return page;
2979 }
2980
2981 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2982 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2983 static struct page *
2984 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2985                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2986                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2987                 bool *deferred_compaction)
2988 {
2989         unsigned long compact_result;
2990         struct page *page;
2991
2992         if (!order)
2993                 return NULL;
2994
2995         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2996         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2997                                                 mode, contended_compaction);
2998         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2999
3000         switch (compact_result) {
3001         case COMPACT_DEFERRED:
3002                 *deferred_compaction = true;
3003                 /* fall-through */
3004         case COMPACT_SKIPPED:
3005                 return NULL;
3006         default:
3007                 break;
3008         }
3009
3010         /*
3011          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3012          * count a compaction stall
3013          */
3014         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3015
3016         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3017                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3018
3019         if (page) {
3020                 struct zone *zone = page_zone(page);
3021
3022                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3023                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3024                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3025                 return page;
3026         }
3027
3028         /*
3029          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3030          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3031          */
3032         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3033
3034         cond_resched();
3035
3036         return NULL;
3037 }
3038 #else
3039 static inline struct page *
3040 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3041                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3042                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3043                 bool *deferred_compaction)
3044 {
3045         return NULL;
3046 }
3047 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3048
3049 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3050 static int
3051 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3052                                         const struct alloc_context *ac)
3053 {
3054         struct reclaim_state reclaim_state;
3055         int progress;
3056
3057         cond_resched();
3058
3059         /* We now go into synchronous reclaim */
3060         cpuset_memory_pressure_bump();
3061         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3062         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3063         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3064         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3065
3066         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3067                                                                 ac->nodemask);
3068
3069         current->reclaim_state = NULL;
3070         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3071         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3072
3073         cond_resched();
3074
3075         return progress;
3076 }
3077
3078 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3079 static inline struct page *
3080 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3081                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3082                 unsigned long *did_some_progress)
3083 {
3084         struct page *page = NULL;
3085         bool drained = false;
3086
3087         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3088         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3089                 return NULL;
3090
3091 retry:
3092         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3093                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3094
3095         /*
3096          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3097          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3098          * Shrink them them and try again
3099          */
3100         if (!page && !drained) {
3101                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3102                 drain_all_pages(NULL);
3103                 drained = true;
3104                 goto retry;
3105         }
3106
3107         return page;
3108 }
3109
3110 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3111 {
3112         struct zoneref *z;
3113         struct zone *zone;
3114
3115         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3116                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3117                 wakeup_kswapd(zone, order, zonelist_zone_idx(ac->preferred_zoneref));
3118 }
3119
3120 static inline unsigned int
3121 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3122 {
3123         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3124
3125         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3126         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3127
3128         /*
3129          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3130          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3131          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3132          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3133          */
3134         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3135
3136         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3137                 /*
3138                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3139                  * if it can't schedule.
3140                  */
3141                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3142                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3143                 /*
3144                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3145                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3146                  */
3147                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3148         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3149                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3150
3151         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3152                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3153                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3154                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3155                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3156                 else if (!in_interrupt() &&
3157                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3158                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3159                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3160         }
3161 #ifdef CONFIG_CMA
3162         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3163                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3164 #endif
3165         return alloc_flags;
3166 }
3167
3168 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3169 {
3170         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3171 }
3172
3173 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3174 {
3175         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3176 }
3177
3178 static inline struct page *
3179 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3180                                                 struct alloc_context *ac)
3181 {
3182         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3183         struct page *page = NULL;
3184         unsigned int alloc_flags;
3185         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3186         unsigned long did_some_progress;
3187         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3188         bool deferred_compaction = false;
3189         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3190
3191         /*
3192          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3193          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3194          * be using allocators in order of preference for an area that is
3195          * too large.
3196          */
3197         if (order >= MAX_ORDER) {
3198                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3199                 return NULL;
3200         }
3201
3202         /*
3203          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3204          * callers that are not in atomic context.
3205          */
3206         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3207                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3208                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3209
3210 retry:
3211         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3212                 wake_all_kswapds(order, ac);
3213
3214         /*
3215          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3216          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3217          * to how we want to proceed.
3218          */
3219         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3220
3221         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3222         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3223                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3224         if (page)
3225                 goto got_pg;
3226
3227         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3228         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3229                 /*
3230                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3231                  * the allocation is high priority and these type of
3232                  * allocations are system rather than user orientated
3233                  */
3234                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3235                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3236                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3237                 if (page)
3238                         goto got_pg;
3239         }
3240
3241         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3242         if (!can_direct_reclaim) {
3243                 /*
3244                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3245                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3246                  * to fail.
3247                  */
3248                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3249                 goto nopage;
3250         }
3251
3252         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3253         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3254                 /*
3255                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3256                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3257                  * for somebody to do a work for us.
3258                  */
3259                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3260                         cond_resched();
3261                         goto retry;
3262                 }
3263                 goto nopage;
3264         }
3265
3266         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3267         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3268                 goto nopage;
3269
3270         /*
3271          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3272          * attempts after direct reclaim are synchronous
3273          */
3274         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3275                                         migration_mode,
3276                                         &contended_compaction,
3277                                         &deferred_compaction);
3278         if (page)
3279                 goto got_pg;
3280
3281         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3282         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3283                 /*
3284                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3285                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3286                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3287                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3288                  * instead of entering direct reclaim.
3289                  */
3290                 if (deferred_compaction)
3291                         goto nopage;
3292
3293                 /*
3294                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3295                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3296                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3297                  * so we fallback to base pages instead.
3298                  */
3299                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3300                         goto nopage;
3301
3302                 /*
3303                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3304                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3305                  * khugepaged trying to collapse.
3306                  */
3307                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3308                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3309                         goto nopage;
3310         }
3311
3312         /*
3313          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3314          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3315          * khugepaged trying to collapse.
3316          */
3317         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3318                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3319
3320         /* Try direct reclaim and then allocating */
3321         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3322                                                         &did_some_progress);
3323         if (page)
3324                 goto got_pg;
3325
3326         /* Do not loop if specifically requested */
3327         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3328                 goto noretry;
3329
3330         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3331         pages_reclaimed += did_some_progress;
3332         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3333             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3334                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3335                 wait_iff_congested(ac->preferred_zoneref->zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3336                 goto retry;
3337         }
3338
3339         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3340         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3341         if (page)
3342                 goto got_pg;
3343
3344         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3345         if (did_some_progress)
3346                 goto retry;
3347
3348 noretry:
3349         /*
3350          * High-order allocations do not necessarily loop after
3351          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3352          * being called after reclaim so call directly if necessary
3353          */
3354         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3355                                             ac, migration_mode,
3356                                             &contended_compaction,
3357                                             &deferred_compaction);
3358         if (page)
3359                 goto got_pg;
3360 nopage:
3361         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3362 got_pg:
3363         return page;
3364 }
3365
3366 /*
3367  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3368  */
3369 struct page *
3370 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3371                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3372 {
3373         struct page *page;
3374         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3375         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3376         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3377         struct alloc_context ac = {
3378                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3379                 .zonelist = zonelist,
3380                 .nodemask = nodemask,
3381                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3382         };
3383
3384         if (cpusets_enabled()) {
3385                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3386                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3387                 if (!ac.nodemask)
3388                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3389         }
3390
3391         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3392
3393         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3394
3395         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3396
3397         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3398                 return NULL;
3399
3400         /*
3401          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3402          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3403          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3404          */
3405         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3406                 return NULL;
3407
3408         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3409                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3410
3411 retry_cpuset:
3412         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3413
3414         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3415         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3416
3417         /* The preferred zone is used for statistics later */
3418         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3419                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3420         if (!ac.preferred_zoneref) {
3421                 page = NULL;
3422                 goto no_zone;
3423         }
3424
3425         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref);
3426
3427         /* First allocation attempt */
3428         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3429         if (likely(page))
3430                 goto out;
3431
3432         /*
3433          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3434          * because I/O on the device might not complete.
3435          */
3436         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3437         ac.spread_dirty_pages = false;
3438
3439         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3440
3441 no_zone:
3442         /*
3443          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3444          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3445          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3446          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3447          */
3448         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3449                 alloc_mask = gfp_mask;
3450                 goto retry_cpuset;
3451         }
3452
3453 out:
3454         if (kmemcheck_enabled && page)
3455                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3456
3457         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3458
3459         return page;
3460 }
3461 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3462
3463 /*
3464  * Common helper functions.
3465  */
3466 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3467 {
3468         struct page *page;
3469
3470         /*
3471          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3472          * a highmem page
3473          */
3474         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3475
3476         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3477         if (!page)
3478                 return 0;
3479         return (unsigned long) page_address(page);
3480 }
3481 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3482
3483 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3484 {
3485         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3486 }
3487 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3488
3489 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3490 {
3491         if (put_page_testzero(page)) {
3492                 if (order == 0)
3493                         free_hot_cold_page(page, false);
3494                 else
3495                         __free_pages_ok(page, order);
3496         }
3497 }
3498
3499 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3500
3501 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3502 {
3503         if (addr != 0) {
3504                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3505                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3506         }
3507 }
3508
3509 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3510
3511 /*
3512  * Page Fragment:
3513  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3514  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3515  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3516  *
3517  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3518  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3519  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3520  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3521  */
3522 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3523                                        gfp_t gfp_mask)
3524 {
3525         struct page *page = NULL;
3526         gfp_t gfp = gfp_mask;
3527
3528 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3529         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3530                     __GFP_NOMEMALLOC;
3531         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3532                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3533         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3534 #endif
3535         if (unlikely(!page))
3536                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3537
3538         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3539
3540         return page;
3541 }
3542
3543 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3544                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3545 {
3546         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3547         struct page *page;
3548         int offset;
3549
3550         if (unlikely(!nc->va)) {
3551 refill:
3552                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3553                 if (!page)
3554                         return NULL;
3555
3556 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3557                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3558                 size = nc->size;
3559 #endif
3560                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3561                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3562                  */
3563                 page_ref_add(page, size - 1);
3564
3565                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3566                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3567                 nc->pagecnt_bias = size;
3568                 nc->offset = size;
3569         }
3570
3571         offset = nc->offset - fragsz;
3572         if (unlikely(offset < 0)) {
3573                 page = virt_to_page(nc->va);
3574
3575                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3576                         goto refill;
3577
3578 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3579                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3580                 size = nc->size;
3581 #endif
3582                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3583                 set_page_count(page, size);
3584
3585                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3586                 nc->pagecnt_bias = size;
3587                 offset = size - fragsz;
3588         }
3589
3590         nc->pagecnt_bias--;
3591         nc->offset = offset;
3592
3593         return nc->va + offset;
3594 }
3595 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3596
3597 /*
3598  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3599  */
3600 void __free_page_frag(void *addr)
3601 {
3602         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3603
3604         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3605                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3606 }
3607 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3608
3609 /*
3610  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3611  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3612  * equivalent to alloc_pages.
3613  *
3614  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3615  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3616  */
3617 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3618 {
3619         struct page *page;
3620
3621         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3622         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3623                 __free_pages(page, order);
3624                 page = NULL;
3625         }
3626         return page;
3627 }
3628
3629 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3630 {
3631         struct page *page;
3632
3633         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3634         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3635                 __free_pages(page, order);
3636                 page = NULL;
3637         }
3638         return page;
3639 }
3640
3641 /*
3642  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3643  * alloc_kmem_pages.
3644  */
3645 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3646 {
3647         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3648         __free_pages(page, order);
3649 }
3650
3651 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3652 {
3653         if (addr != 0) {
3654                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3655                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3656         }
3657 }
3658
3659 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3660                 size_t size)
3661 {
3662         if (addr) {
3663                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3664                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3665
3666                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3667                 while (used < alloc_end) {
3668                         free_page(used);
3669                         used += PAGE_SIZE;
3670                 }
3671         }
3672         return (void *)addr;
3673 }
3674
3675 /**
3676  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3677  * @size: the number of bytes to allocate
3678  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3679  *
3680  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3681  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3682  * allocate memory in power-of-two pages.
3683  *
3684  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3685  *
3686  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3687  */
3688 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3689 {
3690         unsigned int order = get_order(size);
3691         unsigned long addr;
3692
3693         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3694         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3695 }
3696 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3697
3698 /**
3699  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3700  *                         pages on a node.
3701  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3702  * @size: the number of bytes to allocate
3703  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3704  *
3705  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3706  * back.
3707  */
3708 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3709 {
3710         unsigned int order = get_order(size);
3711         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3712         if (!p)
3713                 return NULL;
3714         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3715 }
3716
3717 /**
3718  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3719  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3720  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3721  *
3722  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3723  */
3724 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3725 {
3726         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3727         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3728
3729         while (addr < end) {
3730                 free_page(addr);
3731                 addr += PAGE_SIZE;
3732         }
3733 }
3734 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3735
3736 /**
3737  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3738  * @offset: The zone index of the highest zone
3739  *
3740  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3741  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3742  * zone, the number of pages is calculated as:
3743  *     managed_pages - high_pages
3744  */
3745 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3746 {
3747         struct zoneref *z;
3748         struct zone *zone;
3749
3750         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3751         unsigned long sum = 0;
3752
3753         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3754
3755         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3756                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3757                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3758                 if (size > high)
3759                         sum += size - high;
3760         }
3761
3762         return sum;
3763 }
3764
3765 /**
3766  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3767  *
3768  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3769  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3770  */
3771 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3772 {
3773         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3774 }
3775 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3776
3777 /**
3778  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3779  *
3780  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3781  * high watermark within all zones.
3782  */
3783 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3784 {
3785         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3786 }
3787
3788 static inline void show_node(struct zone *zone)
3789 {
3790         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3791                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3792 }
3793
3794 long si_mem_available(void)
3795 {
3796         long available;
3797         unsigned long pagecache;
3798         unsigned long wmark_low = 0;
3799         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3800         struct zone *zone;
3801         int lru;
3802
3803         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3804                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3805
3806         for_each_zone(zone)
3807                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3808
3809         /*
3810          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3811          * without causing swapping.
3812          */
3813         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3814
3815         /*
3816          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3817          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3818          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3819          */
3820         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3821         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3822         available += pagecache;
3823
3824         /*
3825          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3826          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3827          */
3828         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3829                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3830
3831         if (available < 0)
3832                 available = 0;
3833         return available;
3834 }
3835 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3836
3837 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3838 {
3839         val->totalram = totalram_pages;
3840         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3841         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3842         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3843         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3844         val->freehigh = nr_free_highpages();
3845         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3846 }
3847
3848 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3849
3850 #ifdef CONFIG_NUMA
3851 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3852 {
3853         int zone_type;          /* needs to be signed */
3854         unsigned long managed_pages = 0;
3855         unsigned long managed_highpages = 0;
3856         unsigned long free_highpages = 0;
3857         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3858
3859         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3860                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3861         val->totalram = managed_pages;
3862         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3863         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3864 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3865         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3866                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
3867
3868                 if (is_highmem(zone)) {
3869                         managed_highpages += zone->managed_pages;
3870                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3871                 }
3872         }
3873         val->totalhigh = managed_highpages;
3874         val->freehigh = free_highpages;
3875 #else
3876         val->totalhigh = managed_highpages;
3877         val->freehigh = free_highpages;
3878 #endif
3879         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3880 }
3881 #endif
3882
3883 /*
3884  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3885  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3886  */
3887 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3888 {
3889         bool ret = false;
3890         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3891
3892         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3893                 goto out;
3894
3895         do {
3896                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3897                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3898         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3899 out:
3900         return ret;
3901 }
3902
3903 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3904
3905 static void show_migration_types(unsigned char type)
3906 {
3907         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3908                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3909                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3910                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3911                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3912 #ifdef CONFIG_CMA
3913                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3914 #endif
3915 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3916                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3917 #endif
3918         };
3919         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3920         char *p = tmp;
3921         int i;
3922
3923         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3924                 if (type & (1 << i))
3925                         *p++ = types[i];
3926         }
3927
3928         *p = '\0';
3929         printk("(%s) ", tmp);
3930 }
3931
3932 /*
3933  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3934  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3935  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3936  *
3937  * Bits in @filter:
3938  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3939  *   cpuset.
3940  */
3941 void show_free_areas(unsigned int filter)
3942 {
3943         unsigned long free_pcp = 0;
3944         int cpu;
3945         struct zone *zone;
3946
3947         for_each_populated_zone(zone) {
3948                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3949                         continue;
3950
3951                 for_each_online_cpu(cpu)
3952                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3953         }
3954
3955         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3956                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3957                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3958                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3959                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3960                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3961                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3962                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3963                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3964                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3965                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3966                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3967                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3968                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3969                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3970                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3971                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3972                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3973                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3974                 global_page_state(NR_SHMEM),
3975                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3976                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3977                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3978                 free_pcp,
3979                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3980
3981         for_each_populated_zone(zone) {
3982                 int i;
3983
3984                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3985                         continue;
3986
3987                 free_pcp = 0;
3988                 for_each_online_cpu(cpu)
3989                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3990
3991                 show_node(zone);
3992                 printk("%s"
3993                         " free:%lukB"
3994                         " min:%lukB"
3995                         " low:%lukB"
3996                         " high:%lukB"
3997                         " active_anon:%lukB"
3998                         " inactive_anon:%lukB"
3999                         " active_file:%lukB"
4000                         " inactive_file:%lukB"
4001                         " unevictable:%lukB"
4002                         " isolated(anon):%lukB"
4003                         " isolated(file):%lukB"
4004                         " present:%lukB"
4005                         " managed:%lukB"
4006                         " mlocked:%lukB"
4007                         " dirty:%lukB"
4008                         " writeback:%lukB"
4009                         " mapped:%lukB"
4010                         " shmem:%lukB"
4011                         " slab_reclaimable:%lukB"
4012                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4013                         " kernel_stack:%lukB"
4014                         " pagetables:%lukB"
4015                         " unstable:%lukB"
4016                         " bounce:%lukB"
4017                         " free_pcp:%lukB"
4018                         " local_pcp:%ukB"
4019                         " free_cma:%lukB"
4020                         " writeback_tmp:%lukB"
4021                         " pages_scanned:%lu"
4022                         " all_unreclaimable? %s"
4023                         "\n",
4024                         zone->name,
4025                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4026                         K(min_wmark_pages(zone)),
4027                         K(low_wmark_pages(zone)),
4028                         K(high_wmark_pages(zone)),
4029                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4030                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4031                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4032                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4033                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4034                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4035                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4036                         K(zone->present_pages),
4037                         K(zone->managed_pages),
4038                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4039                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4040                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4041                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4042                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4043                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4044                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4045                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4046                                 THREAD_SIZE / 1024,
4047                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4048                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4049                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4050                         K(free_pcp),
4051                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4052                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4053                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4054                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4055                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4056                         );
4057                 printk("lowmem_reserve[]:");
4058                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4059                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4060                 printk("\n");
4061         }
4062
4063         for_each_populated_zone(zone) {
4064                 unsigned int order;
4065                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4066                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4067
4068                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4069                         continue;
4070                 show_node(zone);
4071                 printk("%s: ", zone->name);
4072
4073                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4074                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4075                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4076                         int type;
4077
4078                         nr[order] = area->nr_free;
4079                         total += nr[order] << order;
4080
4081                         types[order] = 0;
4082                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4083                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4084                                         types[order] |= 1 << type;
4085                         }
4086                 }
4087                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4088                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4089                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4090                         if (nr[order])
4091                                 show_migration_types(types[order]);
4092                 }
4093                 printk("= %lukB\n", K(total));
4094         }
4095
4096         hugetlb_show_meminfo();
4097
4098         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4099
4100         show_swap_cache_info();
4101 }
4102
4103 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4104 {
4105         zoneref->zone = zone;
4106         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4107 }
4108
4109 /*
4110  * Builds allocation fallback zone lists.
4111  *
4112  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4113  */
4114 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4115                                 int nr_zones)
4116 {
4117         struct zone *zone;
4118         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4119
4120         do {
4121                 zone_type--;
4122                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4123                 if (populated_zone(zone)) {
4124                         zoneref_set_zone(zone,
4125                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4126                         check_highest_zone(zone_type);
4127                 }
4128         } while (zone_type);
4129
4130         return nr_zones;
4131 }
4132
4133
4134 /*
4135  *  zonelist_order:
4136  *  0 = automatic detection of better ordering.
4137  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4138  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4139  *
4140  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4141  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4142  */
4143 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4144 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4145 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4146
4147 /* zonelist order in the kernel.
4148  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4149  */
4150 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4151 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4152
4153
4154 #ifdef CONFIG_NUMA
4155 /* The value user specified ....changed by config */
4156 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4157 /* string for sysctl */
4158 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4159 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4160
4161 /*
4162  * interface for configure zonelist ordering.
4163  * command line option "numa_zonelist_order"
4164  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4165  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4166  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4167  */
4168
4169 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4170 {
4171         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4172                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4173         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4174                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4175         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4176                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4177         } else {
4178                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4179                 return -EINVAL;
4180         }
4181         return 0;
4182 }
4183
4184 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4185 {
4186         int ret;
4187
4188         if (!s)
4189                 return 0;
4190
4191         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4192         if (ret == 0)
4193                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4194
4195         return ret;
4196 }
4197 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4198
4199 /*
4200  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4201  */
4202 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4203                 void __user *buffer, size_t *length,
4204                 loff_t *ppos)
4205 {
4206         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4207         int ret;
4208         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4209
4210         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4211         if (write) {
4212                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4213                         ret = -EINVAL;
4214                         goto out;
4215                 }
4216                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4217         }
4218         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4219         if (ret)
4220                 goto out;
4221         if (write) {
4222                 int oldval = user_zonelist_order;
4223
4224                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4225                 if (ret) {
4226                         /*
4227                          * bogus value.  restore saved string
4228                          */
4229                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4230                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4231                         user_zonelist_order = oldval;
4232                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4233                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4234                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4235                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4236                 }
4237         }
4238 out:
4239         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4240         return ret;
4241 }
4242
4243
4244 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4245 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4246
4247 /**
4248  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4249  * @node: node whose fallback list we're appending
4250  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4251  *
4252  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4253  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4254  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4255  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4256  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4257  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4258  * on them otherwise.
4259  * It returns -1 if no node is found.
4260  */
4261 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4262 {
4263         int n, val;
4264         int min_val = INT_MAX;
4265         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4266         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4267
4268         /* Use the local node if we haven't already */
4269         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4270                 node_set(node, *used_node_mask);
4271                 return node;
4272         }
4273
4274         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4275
4276                 /* Don't want a node to appear more than once */
4277                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4278                         continue;
4279
4280                 /* Use the distance array to find the distance */
4281                 val = node_distance(node, n);
4282
4283                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4284                 val += (n < node);
4285
4286                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4287                 tmp = cpumask_of_node(n);
4288                 if (!cpumask_empty(tmp))
4289                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4290
4291                 /* Slight preference for less loaded node */
4292                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4293                 val += node_load[n];
4294
4295                 if (val < min_val) {
4296                         min_val = val;
4297                         best_node = n;
4298                 }
4299         }
4300
4301         if (best_node >= 0)
4302                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4303
4304         return best_node;
4305 }
4306
4307
4308 /*
4309  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4310  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4311  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4312  */
4313 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4314 {
4315         int j;
4316         struct zonelist *zonelist;
4317
4318         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4319         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4320                 ;
4321         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4322         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4323         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4324 }
4325
4326 /*
4327  * Build gfp_thisnode zonelists
4328  */
4329 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4330 {
4331         int j;
4332         struct zonelist *zonelist;
4333
4334         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4335         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4336         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4337         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4338 }
4339
4340 /*
4341  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4342  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4343  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4344  * may still exist in local DMA zone.
4345  */
4346 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4347
4348 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4349 {
4350         int pos, j, node;
4351         int zone_type;          /* needs to be signed */
4352         struct zone *z;
4353         struct zonelist *zonelist;
4354
4355         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4356         pos = 0;
4357         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4358                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4359                         node = node_order[j];
4360                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4361                         if (populated_zone(z)) {
4362                                 zoneref_set_zone(z,
4363                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4364                                 check_highest_zone(zone_type);
4365                         }
4366                 }
4367         }
4368         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4369         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4370 }
4371
4372 #if defined(CONFIG_64BIT)
4373 /*
4374  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4375  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4376  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4377  */
4378 static int default_zonelist_order(void)
4379 {
4380         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4381 }
4382 #else
4383 /*
4384  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4385  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4386  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4387  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4388  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4389  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4390  */
4391 static int default_zonelist_order(void)
4392 {
4393         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4394 }
4395 #endif /* CONFIG_64BIT */
4396
4397 static void set_zonelist_order(void)
4398 {
4399         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4400                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4401         else
4402                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4403 }
4404
4405 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4406 {
4407         int i, node, load;
4408         nodemask_t used_mask;
4409         int local_node, prev_node;
4410         struct zonelist *zonelist;
4411         unsigned int order = current_zonelist_order;
4412
4413         /* initialize zonelists */
4414         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4415                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4416                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4417                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4418         }
4419
4420         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4421         local_node = pgdat->node_id;
4422         load = nr_online_nodes;
4423         prev_node = local_node;
4424         nodes_clear(used_mask);
4425
4426         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4427         i = 0;
4428
4429         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4430                 /*
4431                  * We don't want to pressure a particular node.
4432                  * So adding penalty to the first node in same
4433                  * distance group to make it round-robin.
4434                  */
4435                 if (node_distance(local_node, node) !=
4436                     node_distance(local_node, prev_node))
4437                         node_load[node] = load;
4438
4439                 prev_node = node;
4440                 load--;
4441                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4442                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4443                 else
4444                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4445         }
4446
4447         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4448                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4449                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4450         }
4451
4452         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4453 }
4454
4455 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4456 /*
4457  * Return node id of node used for "local" allocations.
4458  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4459  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4460  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4461  */
4462 int local_memory_node(int node)
4463 {
4464         struct zoneref *z;
4465
4466         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4467                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4468                                    NULL);
4469         return z->zone->node;
4470 }
4471 #endif
4472
4473 #else   /* CONFIG_NUMA */
4474
4475 static void set_zonelist_order(void)
4476 {
4477         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4478 }
4479
4480 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4481 {
4482         int node, local_node;
4483         enum zone_type j;
4484         struct zonelist *zonelist;
4485
4486         local_node = pgdat->node_id;
4487
4488         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4489         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4490
4491         /*
4492          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4493          * of all the other nodes.
4494          * We don't want to pressure a particular node, so when
4495          * building the zones for node N, we make sure that the
4496          * zones coming right after the local ones are those from
4497          * node N+1 (modulo N)
4498          */
4499         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4500                 if (!node_online(node))
4501                         continue;
4502                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4503         }
4504         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4505                 if (!node_online(node))
4506                         continue;
4507                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4508         }
4509
4510         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4511         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4512 }
4513
4514 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4515
4516 /*
4517  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4518  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4519  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4520  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4521  * with interrupts disabled.
4522  *
4523  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4524  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4525  * hotplugged processors.
4526  *
4527  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4528  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4529  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4530  */
4531 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4532 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4533 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4534
4535 /*
4536  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4537  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4538  */
4539 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4540
4541 /* return values int ....just for stop_machine() */
4542 static int __build_all_zonelists(void *data)
4543 {
4544         int nid;
4545         int cpu;
4546         pg_data_t *self = data;
4547
4548 #ifdef CONFIG_NUMA
4549         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4550 #endif
4551
4552         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4553                 build_zonelists(self);
4554         }
4555
4556         for_each_online_node(nid) {
4557                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4558
4559                 build_zonelists(pgdat);
4560         }
4561
4562         /*
4563          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4564          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4565          * each zone will be allocated later when the per cpu
4566          * allocator is available.
4567          *
4568          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4569          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4570          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4571          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4572          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4573          * (a chicken-egg dilemma).
4574          */
4575         for_each_possible_cpu(cpu) {
4576                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4577
4578 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4579                 /*
4580                  * We now know the "local memory node" for each node--
4581                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4582                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4583                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4584                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4585                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4586                  */
4587                 if (cpu_online(cpu))
4588                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4589 #endif
4590         }
4591
4592         return 0;
4593 }
4594
4595 static noinline void __init
4596 build_all_zonelists_init(void)
4597 {
4598         __build_all_zonelists(NULL);
4599         mminit_verify_zonelist();
4600         cpuset_init_current_mems_allowed();
4601 }
4602
4603 /*
4604  * Called with zonelists_mutex held always
4605  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4606  *
4607  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4608  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4609  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4610  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4611  */
4612 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4613 {
4614         set_zonelist_order();
4615
4616         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4617                 build_all_zonelists_init();
4618         } else {
4619 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4620                 if (zone)
4621                         setup_zone_pageset(zone);
4622 #endif
4623                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4624                    of zonelist */
4625                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4626                 /* cpuset refresh routine should be here */
4627         }
4628         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4629         /*
4630          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4631          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4632          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4633          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4634          * disabled and enable it later
4635          */
4636         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4637                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4638         else
4639                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4640
4641         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4642                 nr_online_nodes,
4643                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4644                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4645                 vm_total_pages);
4646 #ifdef CONFIG_NUMA
4647         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4648 #endif
4649 }
4650
4651 /*
4652  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4653  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4654  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4655  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4656  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4657  * conservative, even though it seems large.
4658  *
4659  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4660  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4661  */
4662 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4663
4664 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4665 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4666 {
4667         unsigned long size = 1;
4668
4669         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4670
4671         while (size < pages)
4672                 size <<= 1;
4673
4674         /*
4675          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4676          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4677          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4678          */
4679         size = min(size, 4096UL);
4680
4681         return max(size, 4UL);
4682 }
4683 #else
4684 /*
4685  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4686  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4687  *
4688  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4689  *
4690  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4691  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4692  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4693  *
4694  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4695  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4696  *
4697  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4698  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4699  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4700  */
4701 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4702 {
4703         return 4096UL;
4704 }
4705 #endif
4706
4707 /*
4708  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4709  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4710  * hash function before the remainder is taken.
4711  */
4712 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4713 {
4714         return ffz(~size);
4715 }
4716
4717 /*
4718  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4719  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4720  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4721  */
4722 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4723                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4724 {
4725         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4726         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4727         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4728         unsigned long pfn;
4729         unsigned long nr_initialised = 0;
4730 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4731         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4732 #endif
4733
4734         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4735                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4736
4737         /*
4738          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4739          * memory
4740          */
4741         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4742                 start_pfn += altmap->reserve;
4743
4744         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4745                 /*
4746                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4747                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4748                  */
4749                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4750                         goto not_early;
4751
4752                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4753                         continue;
4754                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4755                         continue;
4756                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4757                         break;
4758
4759 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4760                 /*
4761                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4762                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4763                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4764                  */
4765                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4766                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4767                                 continue;
4768
4769                 /*
4770                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4771                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4772                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4773                  */
4774                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4775                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4776                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4777                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4778                                                 break;
4779                                 r = tmp;
4780                         }
4781                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4782                             memblock_is_mirror(r)) {
4783                                 /* already initialized as NORMAL */
4784                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4785                                 continue;
4786                         }
4787                 }
4788 #endif
4789
4790 not_early:
4791                 /*
4792                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4793                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4794                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4795                  * the address space during boot when many long-lived
4796                  * kernel allocations are made.
4797                  *
4798                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4799                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4800                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4801                  * pfn out of zone.
4802                  */
4803                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4804                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4805
4806                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4807                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4808                 } else {
4809                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4810                 }
4811         }
4812 }
4813
4814 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4815 {
4816         unsigned int order, t;
4817         for_each_migratetype_order(order, t) {
4818                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4819                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4820         }
4821 }
4822
4823 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4824 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4825         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4826 #endif
4827
4828 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4829 {
4830 #ifdef CONFIG_MMU
4831         int batch;
4832
4833         /*
4834          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4835          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4836          *
4837          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4838          */
4839         batch = zone->managed_pages / 1024;
4840         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4841                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4842         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4843         if (batch < 1)
4844                 batch = 1;
4845
4846         /*
4847          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4848          * of 2 value was found to be more likely to have
4849          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4850          *
4851          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4852          * batches of pages, one task can end up with a lot
4853          * of pages of one half of the possible page colors
4854          * and the other with pages of the other colors.
4855          */
4856         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4857
4858         return batch;
4859
4860 #else
4861         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4862          * conditions.
4863          *
4864          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4865          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4866          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4867          *
4868          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4869          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4870          * can be a significant delay between the individual batches being
4871          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4872          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4873          */
4874         return 0;
4875 #endif
4876 }
4877
4878 /*
4879  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4880  * ->batch must never be higher then ->high.
4881  * The following function updates them in a safe manner without read side
4882  * locking.
4883  *
4884  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4885  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4886  *
4887  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4888  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4889  * exist).
4890  */
4891 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4892                 unsigned long batch)
4893 {
4894        /* start with a fail safe value for batch */
4895         pcp->batch = 1;
4896         smp_wmb();
4897
4898        /* Update high, then batch, in order */
4899         pcp->high = high;
4900         smp_wmb();
4901
4902         pcp->batch = batch;
4903 }
4904
4905 /* a companion to pageset_set_high() */
4906 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4907 {
4908         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4909 }
4910
4911 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4912 {
4913         struct per_cpu_pages *pcp;
4914         int migratetype;
4915
4916         memset(p, 0, sizeof(*p));
4917
4918         pcp = &p->pcp;
4919         pcp->count = 0;
4920         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4921                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4922 }
4923
4924 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4925 {
4926         pageset_init(p);
4927         pageset_set_batch(p, batch);
4928 }
4929
4930 /*
4931  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4932  * to the value high for the pageset p.
4933  */
4934 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4935                                 unsigned long high)
4936 {
4937         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4938         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4939                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4940
4941         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4942 }
4943
4944 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4945                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4946 {
4947         if (percpu_pagelist_fraction)
4948                 pageset_set_high(pcp,
4949                         (zone->managed_pages /
4950                                 percpu_pagelist_fraction));
4951         else
4952                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4953 }
4954
4955 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4956 {
4957         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4958
4959         pageset_init(pcp);
4960         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4961 }
4962
4963 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4964 {
4965         int cpu;
4966         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4967         for_each_possible_cpu(cpu)
4968                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4969 }
4970
4971 /*
4972  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4973  * Before this call only boot pagesets were available.
4974  */
4975 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4976 {
4977         struct zone *zone;
4978
4979         for_each_populated_zone(zone)
4980                 setup_zone_pageset(zone);
4981 }
4982
4983 static noinline __init_refok
4984 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4985 {
4986         int i;
4987         size_t alloc_size;
4988
4989         /*
4990          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4991          * per zone.
4992          */
4993         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4994                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4995         zone->wait_table_bits =
4996                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4997         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4998                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4999
5000         if (!slab_is_available()) {
5001                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5002                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5003                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5004         } else {
5005                 /*
5006                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5007                  * via memory hot-add.
5008                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5009                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5010                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5011                  * node itself as well.
5012                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5013                  * necessary.
5014                  */
5015                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5016         }
5017         if (!zone->wait_table)
5018                 return -ENOMEM;
5019
5020         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5021                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5022
5023         return 0;
5024 }
5025
5026 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5027 {
5028         /*
5029          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5030          * relies on the ability of the linker to provide the
5031          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5032          */
5033         zone->pageset = &boot_pageset;
5034
5035         if (populated_zone(zone))
5036                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5037                         zone->name, zone->present_pages,
5038                                          zone_batchsize(zone));
5039 }
5040
5041 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5042                                         unsigned long zone_start_pfn,
5043                                         unsigned long size)
5044 {
5045         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5046         int ret;
5047         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5048         if (ret)
5049                 return ret;
5050         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5051
5052         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5053
5054         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5055                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5056                         pgdat->node_id,
5057                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5058                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5059
5060         zone_init_free_lists(zone);
5061
5062         return 0;
5063 }
5064
5065 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5066 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5067
5068 /*
5069  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5070  */
5071 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5072                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5073 {
5074         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5075         int nid;
5076
5077         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5078                 return state->last_nid;
5079
5080         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5081         if (nid != -1) {
5082                 state->last_start = start_pfn;
5083                 state->last_end = end_pfn;
5084                 state->last_nid = nid;
5085         }
5086
5087         return nid;
5088 }
5089 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5090
5091 /**
5092  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5093  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5094  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5095  *
5096  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5097  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5098  * memblock_free_early_nid() manually.
5099  */
5100 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5101 {
5102         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5103         int i, this_nid;
5104
5105         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5106                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5107                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5108
5109                 if (start_pfn < end_pfn)
5110                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5111                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5112                                         this_nid);
5113         }
5114 }
5115
5116 /**
5117  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5118  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5119  *
5120  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5121  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5122  */
5123 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5124 {
5125         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5126         int i, this_nid;
5127
5128         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5129                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5130 }
5131
5132 /**
5133  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5134  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5135  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5136  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5137  *
5138  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5139  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5140  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5141  * PFNs will be 0.
5142  */
5143 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5144                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5145 {
5146         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5147         int i;
5148
5149         *start_pfn = -1UL;
5150         *end_pfn = 0;
5151
5152         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5153                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5154                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5155         }
5156
5157         if (*start_pfn == -1UL)
5158                 *start_pfn = 0;
5159 }
5160
5161 /*
5162  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5163  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5164  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5165  */
5166 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5167 {
5168         int zone_index;
5169         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5170                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5171                         continue;
5172
5173                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5174                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5175                         break;
5176         }
5177
5178         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5179         movable_zone = zone_index;
5180 }
5181
5182 /*
5183  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5184  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5185  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5186  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5187  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5188  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5189  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5190  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5191  */
5192 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5193                                         unsigned long zone_type,
5194                                         unsigned long node_start_pfn,
5195                                         unsigned long node_end_pfn,
5196                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5197                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5198 {
5199         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5200         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5201                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5202                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5203                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5204                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5205                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5206
5207                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5208                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5209                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5210         }
5211 }
5212
5213 /*
5214  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5215  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5216  */
5217 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5218                                         unsigned long zone_type,
5219                                         unsigned long node_start_pfn,
5220                                         unsigned long node_end_pfn,
5221                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5222                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5223                                         unsigned long *ignored)
5224 {
5225         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5226         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5227                 return 0;
5228
5229         /* Get the start and end of the zone */
5230         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5231         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5232         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5233                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5234                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5235
5236         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5237         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5238                 return 0;
5239
5240         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5241         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5242         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5243
5244         /* Return the spanned pages */
5245         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5246 }
5247
5248 /*
5249  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5250  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5251  */
5252 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5253                                 unsigned long range_start_pfn,
5254                                 unsigned long range_end_pfn)
5255 {
5256         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5257         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5258         int i;
5259
5260         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5261                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5262                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5263                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5264         }
5265         return nr_absent;
5266 }
5267
5268 /**
5269  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5270  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5271  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5272  *
5273  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5274  */
5275 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5276                                                         unsigned long end_pfn)
5277 {
5278         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5279 }
5280
5281 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5282 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5283                                         unsigned long zone_type,
5284                                         unsigned long node_start_pfn,
5285                                         unsigned long node_end_pfn,
5286                                         unsigned long *ignored)
5287 {
5288         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5289         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5290         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5291         unsigned long nr_absent;
5292
5293         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5294         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5295                 return 0;
5296
5297         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5298         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5299
5300         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5301                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5302                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5303         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5304
5305         /*
5306          * ZONE_MOVABLE handling.
5307          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5308          * and vice versa.
5309          */
5310         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5311                 if (mirrored_kernelcore) {
5312                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5313                         struct memblock_region *r;
5314
5315                         for_each_memblock(memory, r) {
5316                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5317                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5318                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5319                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5320
5321                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5322                                     memblock_is_mirror(r))
5323                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5324
5325                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5326                                     !memblock_is_mirror(r))
5327                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5328                         }
5329                 } else {
5330                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5331                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5332                 }
5333         }
5334
5335         return nr_absent;
5336 }
5337
5338 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5339 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5340                                         unsigned long zone_type,
5341                                         unsigned long node_start_pfn,
5342                                         unsigned long node_end_pfn,
5343                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5344                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5345                                         unsigned long *zones_size)
5346 {
5347         unsigned int zone;
5348
5349         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5350         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5351                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5352
5353         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5354
5355         return zones_size[zone_type];
5356 }
5357
5358 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5359                                                 unsigned long zone_type,
5360                                                 unsigned long node_start_pfn,
5361                                                 unsigned long node_end_pfn,
5362                                                 unsigned long *zholes_size)
5363 {
5364         if (!zholes_size)
5365                 return 0;
5366
5367         return zholes_size[zone_type];
5368 }
5369
5370 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5371
5372 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5373                                                 unsigned long node_start_pfn,
5374                                                 unsigned long node_end_pfn,
5375                                                 unsigned long *zones_size,
5376                                                 unsigned long *zholes_size)
5377 {
5378         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5379         enum zone_type i;
5380
5381         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5382                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5383                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5384                 unsigned long size, real_size;
5385
5386                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5387                                                   node_start_pfn,
5388                                                   node_end_pfn,
5389                                                   &zone_start_pfn,
5390                                                   &zone_end_pfn,
5391                                                   zones_size);
5392                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5393                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5394                                                   zholes_size);
5395                 if (size)
5396                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5397                 else
5398                         zone->zone_start_pfn = 0;
5399                 zone->spanned_pages = size;
5400                 zone->present_pages = real_size;
5401
5402                 totalpages += size;
5403                 realtotalpages += real_size;
5404         }
5405
5406         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5407         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5408         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5409                                                         realtotalpages);
5410 }
5411
5412 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5413 /*
5414  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5415  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5416  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5417  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5418  * bytes.
5419  */
5420 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5421 {
5422         unsigned long usemapsize;
5423
5424         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5425         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5426         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5427         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5428         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5429
5430         return usemapsize / 8;
5431 }
5432
5433 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5434                                 struct zone *zone,
5435                                 unsigned long zone_start_pfn,
5436                                 unsigned long zonesize)
5437 {
5438         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5439         zone->pageblock_flags = NULL;
5440         if (usemapsize)
5441                 zone->pageblock_flags =
5442                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5443                                                          pgdat->node_id);
5444 }
5445 #else
5446 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5447                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5448 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5449
5450 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5451
5452 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5453 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5454 {
5455         unsigned int order;
5456
5457         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5458         if (pageblock_order)
5459                 return;
5460
5461         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5462                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5463         else
5464                 order = MAX_ORDER - 1;
5465
5466         /*
5467          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5468          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5469          * powerpc.
5470          */
5471         pageblock_order = order;
5472 }
5473 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5474
5475 /*
5476  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5477  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5478  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5479  * the kernel config
5480  */
5481 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5482 {
5483 }
5484
5485 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5486
5487 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5488                                                    unsigned long present_pages)
5489 {
5490         unsigned long pages = spanned_pages;
5491
5492         /*
5493          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5494          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5495          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5496          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5497          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5498          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5499          */
5500         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5501             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5502                 pages = present_pages;
5503
5504         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5505 }
5506
5507 /*
5508  * Set up the zone data structures:
5509  *   - mark all pages reserved
5510  *   - mark all memory queues empty
5511  *   - clear the memory bitmaps
5512  *
5513  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5514  */
5515 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5516 {
5517         enum zone_type j;
5518         int nid = pgdat->node_id;
5519         int ret;
5520
5521         pgdat_resize_init(pgdat);
5522 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5523         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5524         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5525         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5526 #endif
5527 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5528         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5529         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5530         pgdat->split_queue_len = 0;
5531 #endif
5532         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5533         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5534 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5535         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5536 #endif
5537         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5538
5539         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5540                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5541                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5542                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5543
5544                 size = zone->spanned_pages;
5545                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5546
5547                 /*
5548                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5549                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5550                  * and per-cpu initialisations
5551                  */
5552                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5553                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5554                         if (freesize >= memmap_pages) {
5555                                 freesize -= memmap_pages;
5556                                 if (memmap_pages)
5557                                         printk(KERN_DEBUG
5558                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5559                                                zone_names[j], memmap_pages);
5560                         } else
5561                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5562                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5563                 }
5564
5565                 /* Account for reserved pages */
5566                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5567                         freesize -= dma_reserve;
5568                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5569                                         zone_names[0], dma_reserve);
5570                 }
5571
5572                 if (!is_highmem_idx(j))
5573                         nr_kernel_pages += freesize;
5574                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5575                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5576                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5577                 nr_all_pages += freesize;
5578
5579                 /*
5580                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5581                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5582                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5583                  */
5584                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5585 #ifdef CONFIG_NUMA
5586                 zone->node = nid;
5587                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5588                                                 / 100;
5589                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5590 #endif
5591                 zone->name = zone_names[j];
5592                 spin_lock_init(&zone->lock);
5593                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5594                 zone_seqlock_init(zone);
5595                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5596                 zone_pcp_init(zone);
5597
5598                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5599                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5600
5601                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5602                 if (!size)
5603                         continue;
5604
5605                 set_pageblock_order();
5606                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5607                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5608                 BUG_ON(ret);
5609                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5610         }
5611 }
5612
5613 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5614 {
5615         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5616         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5617
5618         /* Skip empty nodes */
5619         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5620                 return;
5621
5622 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5623         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5624         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5625         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5626         if (!pgdat->node_mem_map) {
5627                 unsigned long size, end;
5628                 struct page *map;
5629
5630                 /*
5631                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5632                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5633                  * for the buddy allocator to function correctly.
5634                  */
5635                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5636                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5637                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5638                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5639                 if (!map)
5640                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5641                                                                pgdat->node_id);
5642                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5643         }
5644 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5645         /*
5646          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5647          */
5648         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5649                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5650 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5651                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5652                         mem_map -= offset;
5653 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5654         }
5655 #endif
5656 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5657 }
5658
5659 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5660                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5661 {
5662         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5663         unsigned long start_pfn = 0;
5664         unsigned long end_pfn = 0;
5665
5666         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5667         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5668
5669         reset_deferred_meminit(pgdat);
5670         pgdat->node_id = nid;
5671         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5672 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5673         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5674         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5675                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5676                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5677 #else
5678         start_pfn = node_start_pfn;
5679 #endif
5680         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5681                                   zones_size, zholes_size);
5682
5683         alloc_node_mem_map(pgdat);
5684 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5685         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5686                 nid, (unsigned long)pgdat,
5687                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5688 #endif
5689
5690         free_area_init_core(pgdat);
5691 }
5692
5693 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5694
5695 #if MAX_NUMNODES > 1
5696 /*
5697  * Figure out the number of possible node ids.
5698  */
5699 void __init setup_nr_node_ids(void)
5700 {
5701         unsigned int highest;
5702
5703         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5704         nr_node_ids = highest + 1;
5705 }
5706 #endif
5707
5708 /**
5709  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5710  *
5711  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5712  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5713  * all the nodes.
5714  *
5715  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5716  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5717  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5718  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5719  *
5720  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5721  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5722  * populated node map.
5723  *
5724  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5725  * requirement (single node).
5726  */
5727 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5728 {
5729         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5730         unsigned long start, end, mask;
5731         int last_nid = -1;
5732         int i, nid;
5733
5734         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5735                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5736                         last_nid = nid;
5737                         last_end = end;
5738                         continue;
5739                 }
5740
5741                 /*
5742                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5743                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5744                  * too coarse to separate the current node from the last.
5745                  */
5746                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5747                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5748                         mask <<= 1;
5749
5750                 /* accumulate all internode masks */
5751                 accl_mask |= mask;
5752         }
5753
5754         /* convert mask to number of pages */
5755         return ~accl_mask + 1;
5756 }
5757
5758 /* Find the lowest pfn for a node */
5759 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5760 {
5761         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5762         unsigned long start_pfn;
5763         int i;
5764
5765         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5766                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5767
5768         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5769                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5770                 return 0;
5771         }
5772
5773         return min_pfn;
5774 }
5775
5776 /**
5777  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5778  *
5779  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5780  * memblock_set_node().
5781  */
5782 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5783 {
5784         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5785 }
5786
5787 /*
5788  * early_calculate_totalpages()
5789  * Sum pages in active regions for movable zone.
5790  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5791  */
5792 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5793 {
5794         unsigned long totalpages = 0;
5795         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5796         int i, nid;
5797
5798         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5799                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5800
5801                 totalpages += pages;
5802                 if (pages)
5803                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5804         }
5805         return totalpages;
5806 }
5807
5808 /*
5809  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5810  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5811  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5812  * others
5813  */
5814 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5815 {
5816         int i, nid;
5817         unsigned long usable_startpfn;
5818         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5819         /* save the state before borrow the nodemask */
5820         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5821         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5822         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5823         struct memblock_region *r;
5824
5825         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5826         find_usable_zone_for_movable();
5827
5828         /*
5829          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5830          * options.
5831          */
5832         if (movable_node_is_enabled()) {
5833                 for_each_memblock(memory, r) {
5834                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5835                                 continue;
5836
5837                         nid = r->nid;
5838
5839                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5840                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5841                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5842                                 usable_startpfn;
5843                 }
5844
5845                 goto out2;
5846         }
5847
5848         /*
5849          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5850          */
5851         if (mirrored_kernelcore) {
5852                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5853
5854                 for_each_memblock(memory, r) {
5855                         if (memblock_is_mirror(r))
5856                                 continue;
5857
5858                         nid = r->nid;
5859
5860                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5861
5862                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5863                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5864                                 continue;
5865                         }
5866
5867                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5868                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5869                                 usable_startpfn;
5870                 }
5871
5872                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5873                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5874
5875                 goto out2;
5876         }
5877
5878         /*
5879          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5880          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5881          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5882          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5883          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5884          * what movablecore would have allowed.
5885          */
5886         if (required_movablecore) {
5887                 unsigned long corepages;
5888
5889                 /*
5890                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5891                  * was requested by the user
5892                  */
5893                 required_movablecore =
5894                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5895                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5896                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5897
5898                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5899         }
5900
5901         /*
5902          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5903          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5904          */
5905         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5906                 goto out;
5907
5908         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5909         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5910
5911 restart:
5912         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5913         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5914         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5915                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5916
5917                 /*
5918                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5919                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5920                  * amount of memory for the kernel
5921                  */
5922                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5923                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5924
5925                 /*
5926                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5927                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5928                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5929                  */
5930                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5931
5932                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5933                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5934                         unsigned long size_pages;
5935
5936                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5937                         if (start_pfn >= end_pfn)
5938                                 continue;
5939
5940                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5941                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5942                                 unsigned long kernel_pages;
5943                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5944                                                                 - start_pfn;
5945
5946                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5947                                                         kernelcore_remaining);
5948                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5949                                                         required_kernelcore);
5950
5951                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5952                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5953
5954                                         /*
5955                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5956                                          * that if we have to rebalance
5957                                          * kernelcore across nodes, we will
5958                                          * not double account here
5959                                          */
5960                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5961                                         continue;
5962                                 }
5963                                 start_pfn = usable_startpfn;
5964                         }
5965
5966                         /*
5967                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5968                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5969                          * number of pages used as kernelcore
5970                          */
5971                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5972                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5973                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5974                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5975
5976                         /*
5977                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5978                          * break if the kernelcore for this node has been
5979                          * satisfied
5980                          */
5981                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5982                                                                 size_pages);
5983                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5984                         if (!kernelcore_remaining)
5985                                 break;
5986                 }
5987         }
5988
5989         /*
5990          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5991          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5992          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5993          * satisfied
5994          */
5995         usable_nodes--;
5996         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5997                 goto restart;
5998
5999 out2:
6000         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6001         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6002                 zone_movable_pfn[nid] =
6003                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6004
6005 out:
6006         /* restore the node_state */
6007         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6008 }
6009
6010 /* Any regular or high memory on that node ? */
6011 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6012 {
6013         enum zone_type zone_type;
6014
6015         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6016                 return;
6017
6018         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6019                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6020                 if (populated_zone(zone)) {
6021                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6022                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6023                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6024                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6025                         break;
6026                 }
6027         }
6028 }
6029
6030 /**
6031  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6032  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6033  *
6034  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6035  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6036  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6037  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6038  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6039  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6040  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6041  * at arch_max_dma_pfn.
6042  */
6043 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6044 {
6045         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6046         int i, nid;
6047
6048         /* Record where the zone boundaries are */
6049         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6050                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6051         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6052                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6053         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6054         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6055         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6056                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6057                         continue;
6058                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6059                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6060                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6061                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6062         }
6063         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6064         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6065
6066         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6067         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6068         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6069
6070         /* Print out the zone ranges */
6071         pr_info("Zone ranges:\n");
6072         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6073                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6074                         continue;
6075                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6076                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6077                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6078                         pr_cont("empty\n");
6079                 else
6080                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6081                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6082                                         << PAGE_SHIFT,
6083                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6084                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6085         }
6086
6087         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6088         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6089         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6090                 if (zone_movable_pfn[i])
6091                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6092                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6093         }
6094
6095         /* Print out the early node map */
6096         pr_info("Early memory node ranges\n");
6097         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6098                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6099                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6100                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6101
6102         /* Initialise every node */
6103         mminit_verify_pageflags_layout();
6104         setup_nr_node_ids();
6105         for_each_online_node(nid) {
6106                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6107                 free_area_init_node(nid, NULL,
6108                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6109
6110                 /* Any memory on that node */
6111                 if (pgdat->node_present_pages)
6112                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6113                 check_for_memory(pgdat, nid);
6114         }
6115 }
6116
6117 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6118 {
6119         unsigned long long coremem;
6120         if (!p)
6121                 return -EINVAL;
6122
6123         coremem = memparse(p, &p);
6124         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6125
6126         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6127         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6128
6129         return 0;
6130 }
6131
6132 /*
6133  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6134  * cannot be reclaimed or migrated.
6135  */
6136 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6137 {
6138         /* parse kernelcore=mirror */
6139         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6140                 mirrored_kernelcore = true;
6141                 return 0;
6142         }
6143
6144         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6145 }
6146
6147 /*
6148  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6149  * can be reclaimed or migrated.
6150  */
6151 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6152 {
6153         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6154 }
6155
6156 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6157 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6158
6159 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6160
6161 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6162 {
6163         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6164         page_zone(page)->managed_pages += count;
6165         totalram_pages += count;
6166 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6167         if (PageHighMem(page))
6168                 totalhigh_pages += count;
6169 #endif
6170         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6171 }
6172 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6173
6174 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6175 {
6176         void *pos;
6177         unsigned long pages = 0;
6178
6179         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6180         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6181         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6182                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6183                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6184                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6185         }
6186
6187         if (pages && s)
6188                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6189                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6190
6191         return pages;
6192 }
6193 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6194
6195 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6196 void free_highmem_page(struct page *page)
6197 {
6198         __free_reserved_page(page);
6199         totalram_pages++;
6200         page_zone(page)->managed_pages++;
6201         totalhigh_pages++;
6202 }
6203 #endif
6204
6205
6206 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6207 {
6208         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6209         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6210
6211         physpages = get_num_physpages();
6212         codesize = _etext - _stext;
6213         datasize = _edata - _sdata;
6214         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6215         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6216         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6217         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6218
6219         /*
6220          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6221          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6222          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6223          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6224          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6225          */
6226 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6227         do { \
6228                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6229                         size -= adj; \
6230         } while (0)
6231
6232         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6233                      _sinittext, init_code_size);
6234         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6235         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6236         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6237         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6238
6239 #undef  adj_init_size
6240
6241         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6242 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6243                 ", %luK highmem"
6244 #endif
6245                 "%s%s)\n",
6246                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6247                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6248                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6249                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6250                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6251                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6252 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6253                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6254 #endif
6255                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6256 }
6257
6258 /**
6259  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6260  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6261  *
6262  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6263  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6264  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6265  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6266  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6267  * smaller per-cpu batchsize.
6268  */
6269 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6270 {
6271         dma_reserve = new_dma_reserve;
6272 }
6273
6274 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6275 {
6276         free_area_init_node(0, zones_size,
6277                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6278 }
6279
6280 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6281                                  unsigned long action, void *hcpu)
6282 {
6283         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6284
6285         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6286                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6287                 drain_pages(cpu);
6288
6289                 /*
6290                  * Spill the event counters of the dead processor
6291                  * into the current processors event counters.
6292                  * This artificially elevates the count of the current
6293                  * processor.
6294                  */
6295                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6296
6297                 /*
6298                  * Zero the differential counters of the dead processor
6299                  * so that the vm statistics are consistent.
6300                  *
6301                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6302                  * race with what we are doing.
6303                  */
6304                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6305         }
6306         return NOTIFY_OK;
6307 }
6308
6309 void __init page_alloc_init(void)
6310 {
6311         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6312 }
6313
6314 /*
6315  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6316  *      or min_free_kbytes changes.
6317  */
6318 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6319 {
6320         struct pglist_data *pgdat;
6321         unsigned long reserve_pages = 0;
6322         enum zone_type i, j;
6323
6324         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6325                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6326                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6327                         long max = 0;
6328
6329                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6330                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6331                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6332                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6333                         }
6334
6335                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6336                         max += high_wmark_pages(zone);
6337
6338                         if (max > zone->managed_pages)
6339                                 max = zone->managed_pages;
6340
6341                         zone->totalreserve_pages = max;
6342
6343                         reserve_pages += max;
6344                 }
6345         }
6346         totalreserve_pages = reserve_pages;
6347 }
6348
6349 /*
6350  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6351  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6352  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6353  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6354  */
6355 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6356 {
6357         struct pglist_data *pgdat;
6358         enum zone_type j, idx;
6359
6360         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6361                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6362                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6363                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6364
6365                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6366
6367                         idx = j;
6368                         while (idx) {
6369                                 struct zone *lower_zone;
6370
6371                                 idx--;
6372
6373                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6374                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6375
6376                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6377                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6378                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6379                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6380                         }
6381                 }
6382         }
6383
6384         /* update totalreserve_pages */
6385         calculate_totalreserve_pages();
6386 }
6387
6388 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6389 {
6390         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6391         unsigned long lowmem_pages = 0;
6392         struct zone *zone;
6393         unsigned long flags;
6394
6395         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6396         for_each_zone(zone) {
6397                 if (!is_highmem(zone))
6398                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6399         }
6400
6401         for_each_zone(zone) {
6402                 u64 tmp;
6403
6404                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6405                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6406                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6407                 if (is_highmem(zone)) {
6408                         /*
6409                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6410                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6411                          * value here.
6412                          *
6413                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6414                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6415                          * not be capped for highmem.
6416                          */
6417                         unsigned long min_pages;
6418
6419                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6420                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6421                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6422                 } else {
6423                         /*
6424                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6425                          * proportionate to the zone's size.
6426                          */
6427                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6428                 }
6429
6430                 /*
6431                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6432                  * scale factor in proportion to available memory, but
6433                  * ensure a minimum size on small systems.
6434                  */
6435                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6436                             mult_frac(zone->managed_pages,
6437                                       watermark_scale_factor, 10000));
6438
6439                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6440                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6441
6442                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6443                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6444                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6445
6446                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6447         }
6448
6449         /* update totalreserve_pages */
6450         calculate_totalreserve_pages();
6451 }
6452
6453 /**
6454  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6455  * or when memory is hot-{added|removed}
6456  *
6457  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6458  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6459  */
6460 void setup_per_zone_wmarks(void)
6461 {
6462         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6463         __setup_per_zone_wmarks();
6464         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6465 }
6466
6467 /*
6468  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6469  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6470  * to be referenced again before it is swapped out.
6471  *
6472  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6473  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6474  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6475  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6476  *
6477  * total     target    max
6478  * memory    ratio     inactive anon
6479  * -------------------------------------
6480  *   10MB       1         5MB
6481  *  100MB       1        50MB
6482  *    1GB       3       250MB
6483  *   10GB      10       0.9GB
6484  *  100GB      31         3GB
6485  *    1TB     101        10GB
6486  *   10TB     320        32GB
6487  */
6488 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6489 {
6490         unsigned int gb, ratio;
6491
6492         /* Zone size in gigabytes */
6493         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6494         if (gb)
6495                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6496         else
6497                 ratio = 1;
6498
6499         zone->inactive_ratio = ratio;
6500 }
6501
6502 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6503 {
6504         struct zone *zone;
6505
6506         for_each_zone(zone)
6507                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6508 }
6509
6510 /*
6511  * Initialise min_free_kbytes.
6512  *
6513  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6514  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6515  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6516  *
6517  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6518  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6519  *
6520  * which yields
6521  *
6522  * 16MB:        512k
6523  * 32MB:        724k
6524  * 64MB:        1024k
6525  * 128MB:       1448k
6526  * 256MB:       2048k
6527  * 512MB:       2896k
6528  * 1024MB:      4096k
6529  * 2048MB:      5792k
6530  * 4096MB:      8192k
6531  * 8192MB:      11584k
6532  * 16384MB:     16384k
6533  */
6534 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6535 {
6536         unsigned long lowmem_kbytes;
6537         int new_min_free_kbytes;
6538
6539         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6540         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6541
6542         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6543                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6544                 if (min_free_kbytes < 128)
6545                         min_free_kbytes = 128;
6546                 if (min_free_kbytes > 65536)
6547                         min_free_kbytes = 65536;
6548         } else {
6549                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6550                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6551         }
6552         setup_per_zone_wmarks();
6553         refresh_zone_stat_thresholds();
6554         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6555         setup_per_zone_inactive_ratio();
6556         return 0;
6557 }
6558 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6559
6560 /*
6561  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6562  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6563  *      changes.
6564  */
6565 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6566         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6567 {
6568         int rc;
6569
6570         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6571         if (rc)
6572                 return rc;
6573
6574         if (write) {
6575                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6576                 setup_per_zone_wmarks();
6577         }
6578         return 0;
6579 }
6580
6581 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6582         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6583 {
6584         int rc;
6585
6586         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6587         if (rc)
6588                 return rc;
6589
6590         if (write)
6591                 setup_per_zone_wmarks();
6592
6593         return 0;
6594 }
6595
6596 #ifdef CONFIG_NUMA
6597 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6598         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6599 {
6600         struct zone *zone;
6601         int rc;
6602
6603         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6604         if (rc)
6605                 return rc;
6606
6607         for_each_zone(zone)
6608                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6609                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6610         return 0;
6611 }
6612
6613 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6614         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6615 {
6616         struct zone *zone;
6617         int rc;
6618
6619         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6620         if (rc)
6621                 return rc;
6622
6623         for_each_zone(zone)
6624                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6625                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6626         return 0;
6627 }
6628 #endif
6629
6630 /*
6631  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6632  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6633  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6634  *
6635  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6636  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6637  * if in function of the boot time zone sizes.
6638  */
6639 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6640         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6641 {
6642         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6643         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6644         return 0;
6645 }
6646
6647 /*
6648  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6649  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6650  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6651  */
6652 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6653         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6654 {
6655         struct zone *zone;
6656         int old_percpu_pagelist_fraction;
6657         int ret;
6658
6659         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6660         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6661
6662         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6663         if (!write || ret < 0)
6664                 goto out;
6665
6666         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6667         if (percpu_pagelist_fraction &&
6668             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6669                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6670                 ret = -EINVAL;
6671                 goto out;
6672         }
6673
6674         /* No change? */
6675         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6676                 goto out;
6677
6678         for_each_populated_zone(zone) {
6679                 unsigned int cpu;
6680
6681                 for_each_possible_cpu(cpu)
6682                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6683                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6684         }
6685 out:
6686         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6687         return ret;
6688 }
6689
6690 #ifdef CONFIG_NUMA
6691 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6692
6693 static int __init set_hashdist(char *str)
6694 {
6695         if (!str)
6696                 return 0;
6697         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6698         return 1;
6699 }
6700 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6701 #endif
6702
6703 /*
6704  * allocate a large system hash table from bootmem
6705  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6706  *   quantity of entries
6707  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6708  */
6709 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6710                                      unsigned long bucketsize,
6711                                      unsigned long numentries,
6712                                      int scale,
6713                                      int flags,
6714                                      unsigned int *_hash_shift,
6715                                      unsigned int *_hash_mask,
6716                                      unsigned long low_limit,
6717                                      unsigned long high_limit)
6718 {
6719         unsigned long long max = high_limit;
6720         unsigned long log2qty, size;
6721         void *table = NULL;
6722
6723         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6724         if (!numentries) {
6725                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6726                 numentries = nr_kernel_pages;
6727
6728                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6729                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6730                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6731
6732                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6733                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6734                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6735                 else
6736                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6737
6738                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6739                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6740                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6741                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6742                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6743                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6744                                 BUG_ON(!numentries);
6745                         }
6746                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6747                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6748         }
6749         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6750
6751         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6752         if (max == 0) {
6753                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6754                 do_div(max, bucketsize);
6755         }
6756         max = min(max, 0x80000000ULL);
6757
6758         if (numentries < low_limit)
6759                 numentries = low_limit;
6760         if (numentries > max)
6761                 numentries = max;
6762
6763         log2qty = ilog2(numentries);
6764
6765         do {
6766                 size = bucketsize << log2qty;
6767                 if (flags & HASH_EARLY)
6768                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6769                 else if (hashdist)
6770                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6771                 else {
6772                         /*
6773                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6774                          * some pages at the end of hash table which
6775                          * alloc_pages_exact() automatically does
6776                          */
6777                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6778                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6779                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6780                         }
6781                 }
6782         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6783
6784         if (!table)
6785                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6786
6787         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6788                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
6789
6790         if (_hash_shift)
6791                 *_hash_shift = log2qty;
6792         if (_hash_mask)
6793                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6794
6795         return table;
6796 }
6797
6798 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6799 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
6800                                                         unsigned long pfn)
6801 {
6802 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6803         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6804 #else
6805         return page_zone(page)->pageblock_flags;
6806 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6807 }
6808
6809 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
6810 {
6811 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6812         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6813         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6814 #else
6815         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6816         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6817 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6818 }
6819
6820 /**
6821  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6822  * @page: The page within the block of interest
6823  * @pfn: The target page frame number
6824  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6825  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6826  *
6827  * Return: pageblock_bits flags
6828  */
6829 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6830                                         unsigned long end_bitidx,
6831                                         unsigned long mask)
6832 {
6833         unsigned long *bitmap;
6834         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6835         unsigned long word;
6836
6837         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6838         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6839         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6840         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6841
6842         word = bitmap[word_bitidx];
6843         bitidx += end_bitidx;
6844         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6845 }
6846
6847 /**
6848  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6849  * @page: The page within the block of interest
6850  * @flags: The flags to set
6851  * @pfn: The target page frame number
6852  * @end_bitidx: The last bit of interest
6853  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6854  */
6855 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6856                                         unsigned long pfn,
6857                                         unsigned long end_bitidx,
6858                                         unsigned long mask)
6859 {
6860         unsigned long *bitmap;
6861         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6862         unsigned long old_word, word;
6863
6864         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6865
6866         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6867         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6868         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6869         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6870
6871         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
6872
6873         bitidx += end_bitidx;
6874         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6875         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6876
6877         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6878         for (;;) {
6879                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6880                 if (word == old_word)
6881                         break;
6882                 word = old_word;
6883         }
6884 }
6885
6886 /*
6887  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6888  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6889  *
6890  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6891  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6892  * expect this function should be exact.
6893  */
6894 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6895                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6896 {
6897         unsigned long pfn, iter, found;
6898         int mt;
6899
6900         /*
6901          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6902          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6903          */
6904         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6905                 return false;
6906         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6907         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6908                 return false;
6909
6910         pfn = page_to_pfn(page);
6911         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6912                 unsigned long check = pfn + iter;
6913
6914                 if (!pfn_valid_within(check))
6915                         continue;
6916
6917                 page = pfn_to_page(check);
6918
6919                 /*
6920                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6921                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6922                  * handle each tail page individually in migration.
6923                  */
6924                 if (PageHuge(page)) {
6925                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6926                         continue;
6927                 }
6928
6929                 /*
6930                  * We can't use page_count without pin a page
6931                  * because another CPU can free compound page.
6932                  * This check already skips compound tails of THP
6933                  * because their page->_refcount is zero at all time.
6934                  */
6935                 if (!page_ref_count(page)) {
6936                         if (PageBuddy(page))
6937                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6938                         continue;
6939                 }
6940
6941                 /*
6942                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6943                  * page_count() is not 0.
6944                  */
6945                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6946                         continue;
6947
6948                 if (!PageLRU(page))
6949                         found++;
6950                 /*
6951                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6952                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6953                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6954                  */
6955                 /*
6956                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6957                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6958                  *
6959                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6960                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6961                  * page at boot.
6962                  */
6963                 if (found > count)
6964                         return true;
6965         }
6966         return false;
6967 }
6968
6969 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6970 {
6971         struct zone *zone;
6972         unsigned long pfn;
6973
6974         /*
6975          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6976          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6977          * the zone but still within the section.
6978          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6979          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6980          */
6981         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6982                 return false;
6983
6984         zone = page_zone(page);
6985         pfn = page_to_pfn(page);
6986         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6987                 return false;
6988
6989         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6990 }
6991
6992 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6993
6994 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6995 {
6996         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6997                              pageblock_nr_pages) - 1);
6998 }
6999
7000 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7001 {
7002         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7003                                 pageblock_nr_pages));
7004 }
7005
7006 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7007 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7008                                         unsigned long start, unsigned long end)
7009 {
7010         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7011         unsigned long nr_reclaimed;
7012         unsigned long pfn = start;
7013         unsigned int tries = 0;
7014         int ret = 0;
7015
7016         migrate_prep();
7017
7018         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7019                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7020                         ret = -EINTR;
7021                         break;
7022                 }
7023
7024                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7025                         cc->nr_migratepages = 0;
7026                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7027                         if (!pfn) {
7028                                 ret = -EINTR;
7029                                 break;
7030                         }
7031                         tries = 0;
7032                 } else if (++tries == 5) {
7033                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7034                         break;
7035                 }
7036
7037                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7038                                                         &cc->migratepages);
7039                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7040
7041                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7042                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7043         }
7044         if (ret < 0) {
7045                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7046                 return ret;
7047         }
7048         return 0;
7049 }
7050
7051 /**
7052  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7053  * @start:      start PFN to allocate
7054  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7055  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7056  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7057  *                      in range must have the same migratetype and it must
7058  *                      be either of the two.
7059  *
7060  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7061  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7062  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7063  * pages fall in.
7064  *
7065  * The PFN range must belong to a single zone.
7066  *
7067  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7068  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7069  * need to be freed with free_contig_range().
7070  */
7071 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7072                        unsigned migratetype)
7073 {
7074         unsigned long outer_start, outer_end;
7075         unsigned int order;
7076         int ret = 0;
7077
7078         struct compact_control cc = {
7079                 .nr_migratepages = 0,
7080                 .order = -1,
7081                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7082                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7083                 .ignore_skip_hint = true,
7084         };
7085         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7086
7087         /*
7088          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7089          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7090          * have different sizes, and due to the way page allocator
7091          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7092          * that page allocator won't try to merge buddies from
7093          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7094          * other migration type.
7095          *
7096          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7097          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7098          * we are interested in).  This will put all the pages in
7099          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7100          *
7101          * When this is done, we take the pages in range from page
7102          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7103          * page allocator will never consider using them.
7104          *
7105          * This lets us mark the pageblocks back as
7106          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7107          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7108          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7109          */
7110
7111         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7112                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7113                                        false);
7114         if (ret)
7115                 return ret;
7116
7117         /*
7118          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7119          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7120          */
7121         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7122         if (ret && ret != -EBUSY)
7123                 goto done;
7124
7125         /*
7126          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7127          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7128          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7129          * What we are going to do is to allocate all pages from
7130          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7131          *
7132          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7133          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7134          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7135          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7136          * once this is done free the pages we are not interested in.
7137          *
7138          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7139          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7140          */
7141
7142         lru_add_drain_all();
7143         drain_all_pages(cc.zone);
7144
7145         order = 0;
7146         outer_start = start;
7147         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7148                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7149                         outer_start = start;
7150                         break;
7151                 }
7152                 outer_start &= ~0UL << order;
7153         }
7154
7155         if (outer_start != start) {
7156                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7157
7158                 /*
7159                  * outer_start page could be small order buddy page and
7160                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7161                  * in this case to report failed page properly
7162                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7163                  */
7164                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7165                         outer_start = start;
7166         }
7167
7168         /* Make sure the range is really isolated. */
7169         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7170                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7171                         __func__, outer_start, end);
7172                 ret = -EBUSY;
7173                 goto done;
7174         }
7175
7176         /* Grab isolated pages from freelists. */
7177         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7178         if (!outer_end) {
7179                 ret = -EBUSY;
7180                 goto done;
7181         }
7182
7183         /* Free head and tail (if any) */
7184         if (start != outer_start)
7185                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7186         if (end != outer_end)
7187                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7188
7189 done:
7190         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7191                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7192         return ret;
7193 }
7194
7195 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7196 {
7197         unsigned int count = 0;
7198
7199         for (; nr_pages--; pfn++) {
7200                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7201
7202                 count += page_count(page) != 1;
7203                 __free_page(page);
7204         }
7205         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7206 }
7207 #endif
7208
7209 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7210 /*
7211  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7212  * page high values need to be recalulated.
7213  */
7214 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7215 {
7216         unsigned cpu;
7217         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7218         for_each_possible_cpu(cpu)
7219                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7220                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7221         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7222 }
7223 #endif
7224
7225 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7226 {
7227         unsigned long flags;
7228         int cpu;
7229         struct per_cpu_pageset *pset;
7230
7231         /* avoid races with drain_pages()  */
7232         local_irq_save(flags);
7233         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7234                 for_each_online_cpu(cpu) {
7235                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7236                         drain_zonestat(zone, pset);
7237                 }
7238                 free_percpu(zone->pageset);
7239                 zone->pageset = &boot_pageset;
7240         }
7241         local_irq_restore(flags);
7242 }
7243
7244 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7245 /*
7246  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7247  * before calling this.
7248  */
7249 void
7250 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7251 {
7252         struct page *page;
7253         struct zone *zone;
7254         unsigned int order, i;
7255         unsigned long pfn;
7256         unsigned long flags;
7257         /* find the first valid pfn */
7258         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7259                 if (pfn_valid(pfn))
7260                         break;
7261         if (pfn == end_pfn)
7262                 return;
7263         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7264         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7265         pfn = start_pfn;
7266         while (pfn < end_pfn) {
7267                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7268                         pfn++;
7269                         continue;
7270                 }
7271                 page = pfn_to_page(pfn);
7272                 /*
7273                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7274                  * page_count() is not 0.
7275                  */
7276                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7277                         pfn++;
7278                         SetPageReserved(page);
7279                         continue;
7280                 }
7281
7282                 BUG_ON(page_count(page));
7283                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7284                 order = page_order(page);
7285 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7286                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7287                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7288 #endif
7289                 list_del(&page->lru);
7290                 rmv_page_order(page);
7291                 zone->free_area[order].nr_free--;
7292                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7293                         SetPageReserved((page+i));
7294                 pfn += (1 << order);
7295         }
7296         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7297 }
7298 #endif
7299
7300 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7301 {
7302         struct zone *zone = page_zone(page);
7303         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7304         unsigned long flags;
7305         unsigned int order;
7306
7307         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7308         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7309                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7310
7311                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7312                         break;
7313         }
7314         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7315
7316         return order < MAX_ORDER;
7317 }