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